DE102006057836A1 - Nutzfahrzeug mit einem Leiterrahmen - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft den Antriebsstrang eines universellen allradgetriebenen Kleinlastkraftwagens und Geräteträgers für die Landwirtschaft und für kommunale Aufgaben. Bei diesen wird eine eine mechanisch-hydrostatische Leistungsverzweigung beinhaltende Baueinheit (9) einer Ackerschlepper-Stufenlosgetriebeeinheit mit einem Adaptionsgetriebe (13) kombiniert, so dass eine maximale Fahrgeschwindigkeit von 90 Kilometer pro Stunde zum Befahren der Autobahn erreicht wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft gemäß Patentanspruch 1 ein Nutzfahrzeug mit einem Leiterrahmen.
  • Es sind bereits Ackerschlepper mit einer Cartridge bekannt, die eine mechanisch-hydrostatische Leistungsverzweigung aufweist. Eine solche Cartridge wird von der Firma ZF Friedrichshafen unter dem Namen S-Matic vertrieben. Dabei sind die Ackerschlepper als langsam laufende Arbeitsmaschinen für eine Fahrgeschwindigkeit von ca. 60 Kilometer pro Stunde ausgelegt, so dass diese Ackerschlepper keine Genehmigung zum Befahren von Autobahnen haben.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen für geringe Stückzahlen geeigneten stufenlos betreibbaren Nutzfahrzeugantriebsstrang zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
  • In vorteilhafter Weise ist bei einem Nutzfahrzeug mit einem Leiterrahmen eine für Ackerschlepper geeignete und eine mechanisch-hydrostatische Leistungsverzweigung beinhaltende Baueinheit einer Cartridge mit einem Adaptionsgetriebe vorgesehen. Mittels dieser Kombination wird erreicht, dass eine maximale Fahrgeschwindigkeit über 60 Kilometer pro Stunde erreicht wird. In besonders vorteilhafter Weise kann eine Fahrgeschwindigkeit bis zu 90 Kilometer pro Stunde erreicht werden. Dabei ist der gesamte Fahrbereich vom Rückwärtsgang bis zur maximalen Vorwärtsfahrgeschwindigkeit ohne Gangwechsel und ohne Zugkraftunterbrechung stufenlos fahrbar. Dies ist besonders vorteilhaft bei universell nutzbaren Nutzfahrzeugen. Insbesondere ist dies von Vorteil bei universellen allradgetriebenen Kleinlastkraftwagen und Geräteträgern für die Landwirtschaft und für kommunale Aufgaben. Solche Fahrzeuge weisen nämlich in einigen Ausstattungsvarianten hohe Fahranteile im Stop-and-go-Betrieb beispielsweise beim Mähen oder beim Schneeräumen auf. Dabei ist das Nutzfahrzeug ohne Kupplungspedal über das Brems- und das Gaspedal fahrbar. Das Nutzfahrzeug kann durch stufenlose Übersetzungsänderung verzögert werden, was den Bremsbelagverschleiß niedrig hält. Durch die gänzlich stufenlose Fahrweise sind einige Arbeitsabläufe automatisierbar. Diese betrifft beispielsweise das Mähen von Randstreifen und das Waschen von Leitpfosten. Im letzteren Fall erkennt eine am Nutzfahrzeug montierte Kamera den Leitpfosten, so dass eine Steuerung das Nutzfahrzeug automatisiert verzögert und anhält. Das Waschgerät wird ausgeklappt, es wird gewaschen und anschließend wird das Waschgerät wieder eingeklappt. Das Fahrzeug wird automatisiert wieder beschleunigt. Es ist auch ein freier Wechsel von der Vorwärtsfahrt in die Rückwärtsfahrt und umgekehrt – d.h. Reversiervorgänge – möglich, was insbesondere beim Schneeräumen an Kreuzungen von Vorteil ist. Gegenüber Fahrzeugen mit synchronisierten Getrieben tritt kein Verschleiß an Synchronringen auf und die Reversiervorgänge können schneller durchgeführt werden. Durch diesen Zeitgewinn kann eine höhere Produktivität beispielsweise beim Schneeräumen erreicht werden. Mittels einer aktiven Stillstandsregelung bzw. Nullpunktregelung kann ruckfrei an Steigungen angefahren werden, ohne dass parallel die Bremse betätigt werden muss. Es wird nämlich das Zurückrollen des Nutzfahrzeuges an Steigungen verhindert, was insbesondere beim Anhängerbetrieb – mit bis zu 40 t Gesamtzuggewicht – und beim Gerätebetrieb von Vorteil ist. Durch die umfangreiche Automatisierung wird der Fahrer entlastet, was die Fahrsicherheit erhöht, so dass sich der Fahrer auf das Fahren und Bedienen der Geräte konzentrieren kann. Dabei können verschiedene Fahrstrategien verwirklicht werden. Die Fahrstrategie kann beispielsweise für den Transportbetrieb auf Kraftstoffersparnis optimiert werden. Für den Zugbetrieb kann die Fahrstrategie auf Maximalleistung optimiert werden. Es ist eine kombinierte Antriebsmotor- und Getrieberegelung möglich. Alternativ ist im Zapfwellenbetrieb (PTO) eine individuelle Antriebsmotorregelung und Getrieberegelung möglich. Es ist ein feinfühliges Fahren – d.h. Herantasten – beim Ankoppeln eines Gerätes möglich. Die Fahrgeschwindigkeit und die Arbeitsdrehzahl sind mittels der Cartridge unabhängig voneinander stufenlos verstellbar, so dass für den Arbeitsprozess die optimale Drehzahl gewählt werden kann.
  • Eine Cartridge für Ackerschlepper weist ein Gehäuse und Tragstrukturen für das Anflanschen an die Hinterachsbauteile des Ackerschleppers auf. Bei Übernahme derartiger Gehäuse und Tragstrukturen müssen bei deren Integration in den Leiterrahmen des universellen allradgetriebenen Kleinlastwagens und Geräteträgers für die Landwirtschaft und für kommunale Aufgaben umfangreiche fahrzeugspezifische Änderungen durchgeführt werden. Somit ist eine besonders wirtschaftliche Fertigung dieses in geringen Stückzahlen gefertigten Sonderfahrzeuges möglich, wenn eine solche Cartridge mit einem fahrzeuggerechten Adaptionsgetriebe kombiniert wird.
  • Eine Parksperre bietet in vorteilhafter Weise eine besondere Systemsicherheit.
  • Das Adaptionsgetriebe kann dabei je nach den speziellen Anforderungen an das jeweilige Nutzfahrzeug mit unterschiedlichen Zahnradsätzen bestückt sein. Zur Verwirklichung höherer Zugkräfte können zusätzliche Zahnradstufen im Adaptionsgetriebe vorgesehen sein. Alternativ kann auch eine zusätzliche, aus mehreren Zahnradstufen bestehende Arbeitsgruppe an das Adaptionsgetriebe angeflanscht sein.
  • Die fahrzeugbedingte Gestaltung des Adaptionsgetriebes erlaubt es, die bei einem Geräteträger vorhandenen typischen Anbauräume vorn, zwischen den Achsen, hinten, zwischen Fahrerhaus und Pritsche sowie oben beibehalten zu können.
  • Die Eingangswelle der Cartridge kann in besonders vorteilhafter Weise als Antriebswelle für eine mechanische Heckzapfwelle oder sonstige Nebenabtriebe mitbenutzt werden.
  • Die Baueinheit aus der Cartridge und dem Adaptionsgetriebe kann in besonders vorteilhafter Weise ohne Gelenkwelle mit dem Antriebsmotor verblockt sein. Es ist jedoch auch möglich, eine Gelenkwelle – insbesondere eine freilaufende Gelenkwelle – zwischen dem Antriebsmotor und der besagten Baueinheit vorzusehen.
  • Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung vor.
  • Die Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 detailliert einen Antriebsstrang eines allradgetriebenen Nutzfahrzeuges,
  • 2 schematisch den Antriebsstrang gemäß 1,
  • 3 in einer schematischen Darstellung analog 2 einen Antriebsstrang in einer alternativen Ausführungsform und
  • 4 in einer schematischen Darstellung analog 2 und
  • 3 einen Antriebsstrang in einer weiteren alternativen Ausführungsform.
  • 1 zeigt einen Antriebsstrang eines allradgetriebenen Nutzfahrzeuges mit zwei Achsen. Dabei sind zum besseren Verständnis die Drehrichtungen der Wellen eingezeichnet, wobei im Folgenden nicht näher auf diese Drehrichtungen eingegangen wird.
  • Dabei ist ein front-längs eingebauter Antriebsmotor 1 vorgesehen, der als Dieselmotor ausgeführt ist. Dieser Antriebsmotor 1 kann mit einer relativ zu PKW-Motoren geringen Drehzahl von ca. 2600 U/Minute betrieben werden. Von diesem Antriebsmotor 1 erstreckt sich der Rest des Antriebsstranges entgegen der Fahrtrichtung, d.h. nach hinten. Der Antriebsmotor 1 treibt über einen koaxial angeordneten Schwingungsdämpfer 44 und eine um ca. 6° geneigte freilaufende Gelenkwelle 2 ein erstes Zahnrad 3 eines Achsversatzgetriebes 4 an. Dieses Achsversatzgetriebe 4 liegt innerhalb eines Getriebegehäuses 5 eines Adaptionsgetriebes 13. Das besagte Zahnrad 3 des Achsversatzgetriebes 4 kämmt mit einem mittleren Zahnrad 6, welches wiederum mit einem dritten Zahnrad 7 kämmt, das die Antriebsleistung in eine Eingangswelle 8 einer als Cartridge 9 ausgeführten Stufenlosgetriebeeinheit einleitet, in der die mechanisch-hydrostatische Leistungsverzweigung erzeugt wird. Die Cartridge 9 kann dabei entsprechend dem eingangs genannten S-Matic-Getriebe ausgeführt sein. Das Gehäuse 10 der Cartridge 9 ist in das Getriebegehäuse 5 des Adaptionsgetriebes 13 gesteckt ist und mit diesem verschraubt.
  • Die Eingangswelle 8 weist axial vorne ein kleines Festrad 11 und axial hinten ein großes Festrad 12 auf. Das große hintere Festrad 12 leitet einen Teil der Antriebsleistung in ein erstes Eingangsglied 15 eines mehrgängigen Stufenplanetengetriebes 14 ein. Das kleine Festrad 11 kämmt hingegen mit einem über der Eingangswelle 8 angeordneten größeren Zahnrad 16, welches
    • – einerseits über eine Hydrostateingangswelle 17 eine Hydropumpe 18 eines Hydrostatmotors 19 direkt antreibt und
    • – andererseits mit einem kleinen Zahnrad 20 kämmt, welches eine Welle mit Flansch 21 antreibt, der für den Antrieb einer Pumpe oder ähnlichem mitbenutzt werden kann.
  • Die Hydropumpe 18 treibt den Hydromotor 19 an, der über eine Hydrostatenausgangswelle 22 und eine Zahnradstufe 23 einen weiteren Teil der Antriebsleistung in ein zweites Eingangsglied 24 des Stufenplanetengetriebes 14 einleitet. Dieses vom Innenaufbau nicht näher dargestellte Stufenplanetengetriebe 14 umfasst ein Summierungsplanetengetriebe und zwei weitere Planetensätze mit den Bereichskupplungen und Kupplungen für den Vorwärts- und Rückwärtsfahrbetrieb, womit Drehmoment und die Drehzahl gewandelt werden können. Die Stirnklauenkupplungen werden mit automatisch angesteuerten Hydraulikstellgliedern angesteuert. Um diese Stufung für den Fahrer nicht wahrnehmbar zu machen, erfolgt der Übergang von einem Geschwindigkeitsbereich in den nächsten durch Schaltung der Stirnklauenkupplungen bei Synchrondrehzahl. Das Stufenplanetengetriebe 14 treibt auf eine Ausgangswelle 25 der der Cartridge 9 ab. Die Ausgangswelle 25 erstreckt sich vom Stufenplanetengetriebe 14 nach vorne und ist außerhalb der Cartridge 9 drehfest mit einem Parksperrenrad 26 einer Parksperre 60 verbunden, in welches eine Parksperrenklinke 27 eingreifen kann. Greift die Parksperrenklinke 27 in das Parksperrenrad 26 ein, so ist die Ausgangswelle 25 gegen das Getriebegehäuse 5 des Adaptionsgetriebes 13 festgesetzt. Axial vor dem Parksperrenrad 26 ist ein Zahnrad vorgesehen, welches das Eingangsritzel 28 eines Längsdifferentials 29 bildet. Dabei kämmt das Eingangsritzel 28 mit einem Antriebsrad 30 des Längsdifferentials 29, welches als Kegelraddifferential ausgeführt ist. Eines der beiden ausgehenden Kegelräder 31, 32 dieses Kegelraddifferentials ist drehfest mit der zur Hinterachse HA führenden Abtriebswelle 33 verbunden, wohingegen das andere Kegelrad 31 drehfest mit der zur Vorderachse VA führenden Abtriebswelle 34 verbunden ist. Über eine pneumatisch betätigte Schiebemuffe kann das Kegelraddifferential gesperrt werden.
  • An das Gehäuse 5 des Adaptionsgetriebes 13 ist ein Gehäuse 35 angeflanscht. Mittels einer pneumatisch geschalteten Schiebemuffe 35a kann die Eingangswelle 8 mit einer Welle 35b gekoppelt und über eine Gelenkwelle 38 ein am Heck des Fahrzeuges angeordnetes lastschaltbares Zapfwellengetriebe angetrieben werden. Alternativ zum Antrieb eines Heckzapfwellengetriebes kann auch eine Hydraulikpumpe oder ähnliches angetrieben werden. Für diesen Fall kann anstelle der Schiebemuffe 35a auch eine lastschaltbare Einrichtung vorgesehen sein, um eine Zu- und Abschaltung der Hydraulikpumpe bei drehender Eingangswelle 8 zu ermöglichen.
  • Der zuvor beschriebene Antriebsstrang ist dabei mittels Elastomerlagern 39 elastisch in einem Leiterrahmen 40 des Nutzfahrzeuges gelagert. Einer von mehreren die beiden Längsträger 41 verbindenden rohrförmigen Querträger 42 ist dabei beispielhaft zwischen dem Achsversatzgetriebe 13 und dem Gehäuse 10 der Cartridge 9 angeordnet. Ein die beiden Längsträger 41 verbindender rohrförmiger Querträger 42 ist dabei zwischen dem ersten Achsversatzgetriebe 13 und dem Gehäuse 10 der Cartridge 9 angeordnet.
  • 2 zeigt den grundsätzlichen Aufbau des Antriebsstranges gemäß 1. Der auf der Cartridge 9 angeordnete, von der Eingangswelle 8 über die Hydrostateingangswelle 17 angetriebeen Abtriebsflansch 21 aus 1 kann als Nebenabtrieb vorgesehen sein und beispielsweise eine Pumpe antreiben. In einem Adaptionsgehäuse 43 kann der Schwingungsdämpfer 44 gemäß 1 vorgesehen sein, der mechanisch oder als Hydrodämpfer ausgeführt sein kann. Zusätzlich kann auch eine Schwungscheibe und ein Gelenkwellenflansch für die folgende Gelenkwelle 2 im Adaptionsgehäuse 43 angeordnet sein. Der Nebenabtrieb 37 kann als Antrieb für eine mechanische Heckzapfwelle 38 oder als Antrieb für Pumpen etc. verwendet werden.
  • Bei dieser in 2 dargestellten Ausführungsform weist das Adaptionsgetriebe 13 einen Flansch zur Aufnahme der Cartridge 9 auf. Dabei kann die Cartridge 9 gemäß 1 mittels Zahnrädern 3, 6, 7 oder – wenn kein Achsversatz notwendig ist – direkt angetrieben werden. Das Längsverteilergetriebe kann dabei mit/ohne permanenten Allradantrieb ausgeführt sein. Die Position der das Adaptionsgetriebe 13 und die Cartridge 9 umfassenden Getriebebaugruppe 50 ist je nach Fahrzeugtyp unter Berücksichtigung des vorhandenen Bauraums frei im Fahrgestell positionierbar. Die Anordnung nach 2 eröffnet eine Integrationsmöglichkeit für zusätzliche Zahnradstufen zur Erhöhung der Zugkraft bzw. eine Anflanschmöglichkeit für ein diesbezügliches Zusatzgetriebe bzw. eine Arbeitsgruppe.
  • 3 und 4 zeigen alternative Antriebsstränge, wobei die Fahrrichtung 51 analog 1 und 2 von rechts nach links verläuft.
  • Der Antriebsstrang gemäß 3 unterscheidet sich vom Antriebsstrang gemäß 2 dadurch, dass das Achsversatzgetriebe und das Längsverteilergetriebe hinter der Cartridge 9 angeordnet sind. Demzufolge ergeben sich die gleichen Vorteile, wie beim Antriebsstrang gemäß 2.
  • Der Antriebsstrang gemäß 4 unterscheidet sich vom Antriebsstrang gemäß 2 dadurch, dass auf eine Gelenkwelle verzichtet wird. Demzufolge ist der Antriebsmotor 1 mit der Getriebebaugruppe 50 verblockt. D.h. der Antriebsmotor 1 ist an das Adaptionsgetriebe 13 angeflanscht. Dabei sind in die kompakte Antriebsstrangeinheit auch die Schwungscheibe, der Schwingungsdämpfer und der Antrieb der Cartridge 9 integriert. Es werden dabei auch die Vorteile des Antriebsstrangs gemäß 2 erreicht.
  • Einer der vorgenannten Antriebsstränge findet insbesondere Anwendung in einem universellen allradgetriebenen Kleinlastkraftwagen und Geräteträger für die Landwirtschaft und für kommunale Aufgaben. Bei diesen wird die Cartridge mit mechanisch-hydrostatischer Leistungsverzweigung mit dem Adaptionsgetriebe derart kombiniert, dass eine maximale Fahrgeschwindigkeit von 90 Kilometer pro Stunde zum Befahren der Autobahn erreicht wird.
  • Es können auch mehrere Adaptionsgetriebe vorgesehen sein. Die Achse kann als Portalachse ausgeführt sein. Es können Differentialsperren am Längsverteilergetriebe, am Hinterachsdifferential oder am Vorderachsdifferential vorgesehen sein. Es kann ein Frontzapfwellengetriebe, eine Arbeitshydraulik und/oder eine Leistungshydraulik vorgesehen sein.
  • Das Gehäuse 10 kann unten offen ausgeführt sein, so dass das Adaptionsgetriebe 13 und die Cartridge einen gemeinsamen Schmier- und Kühlkreislauf aufweisen. Alternativ können auch zwei getrennte Schmier- und Kühlkreisläufe vorgesehen sein.
  • Bei den beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich nur um beispielhafte Ausgestaltungen. Eine Kombination der beschriebenen Merkmale für unterschiedliche Ausführungsformen ist ebenfalls möglich. Insbesondere ist es möglich, die verblockte Bauweise gemäß 4 bei einem Antriebsstrang vorzusehen, bei welchem gemäß 3 das Adaptionsgetriebe der Cartridge im Kraftfluss folgt.
  • Weitere, insbesondere nicht beschriebene Merkmale der zur Erfindung gehörenden Vorrichtungsteile, sind den in den Zeichnungen dargestellten Geometrien der Vorrichtungsteile zu entnehmen.

Claims (5)

  1. Nutzfahrzeug mit einem Leiterrahmen (40), bei welchem die Antriebsleistung in eine für Ackerschlepper geeignete mechanisch-hydrostatisch leistungsverzweigte Stufenlosgetriebeeinheit (Cartridge 9) und ein Adaptionsgetriebe (13) eingeleitet wird, so dass eine maximale Fahrgeschwindigkeit über 60 Kilometer pro Stunde erreicht wird.
  2. Nutfahrzeug nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stufenlosgetriebeeinheit (9) im Kraftfluss eine Parksperre (60) folgt.
  3. Nutfahrzeug nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Parksperre (60) ein Längsverteilergetriebe (29) anschließt, welches die Antriebsleistung auf zumindest zwei Achsen (VA, HA) verteilt.
  4. Nutfahrzeug nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufenlosgetriebeeinheit (9) dem Adaptionsgetriebe (13) im Kraftfluss folgt.
  5. Nutfahrzeug nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Adaptionsgetriebe (13) der Stufenlosgetriebeeinheit (9) im Kraftfluss folgt.
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