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Die
Erfindung betrifft gemäß Patentanspruch 1
ein Nutzfahrzeug mit einem Leiterrahmen.
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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.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen für
geringe Stückzahlen
geeigneten stufenlos betreibbaren Nutzfahrzeugantriebsstrang zu
schaffen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
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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.
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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.
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Eine
Parksperre bietet in vorteilhafter Weise eine besondere Systemsicherheit.
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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.
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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.
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Die
Eingangswelle der Cartridge kann in besonders vorteilhafter Weise
als Antriebswelle für
eine mechanische Heckzapfwelle oder sonstige Nebenabtriebe mitbenutzt
werden.
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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.
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Weitere
Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Patentansprüchen, der
Beschreibung und der Zeichnung vor.
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Die
Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele erläutert.
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Es
zeigen:
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1 detailliert
einen Antriebsstrang eines allradgetriebenen Nutzfahrzeuges,
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2 schematisch
den Antriebsstrang gemäß 1,
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3 in
einer schematischen Darstellung analog 2 einen
Antriebsstrang in einer alternativen Ausführungsform und
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4 in
einer schematischen Darstellung analog 2 und
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3 einen
Antriebsstrang in einer weiteren alternativen Ausführungsform.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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3 und 4 zeigen
alternative Antriebsstränge,
wobei die Fahrrichtung 51 analog 1 und 2 von
rechts nach links verläuft.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Weitere,
insbesondere nicht beschriebene Merkmale der zur Erfindung gehörenden Vorrichtungsteile,
sind den in den Zeichnungen dargestellten Geometrien der Vorrichtungsteile
zu entnehmen.