DE19827130A1

DE19827130A1 - Antrieb für ein Mobilfahrzeug

Info

Publication number: DE19827130A1
Application number: DE1998127130
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Gebhard; Egon Mann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1998-06-18
Filing date: 1998-06-18
Publication date: 1999-12-23
Also published as: WO1999065721A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für ein Mobilfahrzeug mit einem Antriebsmotor (1), der eine regelbare hydrostatische Pumpe (2) mit einer durchgehenden Antriebswelle (3) antreibt, die über eine Kupplung (4) mechanisch mit einem ersten Antriebsräderpaar (7) des Mobilfahrzeugs kuppelbar ist, wobei die Pumpe (2) über Ventile (8) zwei hydrostatische Radmotoren (10, 11) in Radialbauweise, die in einem zweiten Antriebsräderpaar (9) angeordnet sind und deren Kolben auf Freilauf schalten, wenn sie keine Leistung übertragen, mit Druckmittel beaufschlagt und mit einem regelbaren Hydromotor (12) hydraulisch verbunden werden kann, der über ein mechanisches Getriebe (13) mittels einer mechanischen Kupplung (14) mit dem ersten Antriebsräderpaar (7) kuppelbar ist. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, daß die Kolben der Radmotoren (10, 11) durch den Hydraulikdruck über Rollen an einen außen liegenden, mit einem Antriebsgehäuse fest verbundenen Kurvenring gedrückt werden und in einem drehbaren Kolbenträger geführt sind, der drehfest mit einer Radnabe verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für ein Mobil fahrzeug nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Fahrantriebe mit einem hydrostatischen Getriebe und einem mehrgängigen Zahnräderwechselgetriebe werden für mo bile Bau- und Arbeitsmaschinen verwendet, z. B. Radlader, Baggerlader, Hubstapler, Forstschlepper, Grader, Kranfahr zeuge, Müllfahrzeuge, Kehrmaschinen, Flugplatzservicema schinen usw. Sie zeichnen sich aus durch eine hohe Lei stungsdichte, eine freizügige Anordnung von An- und Ab trieb, die Fähigkeit, oszillierende und rotierende Aktuato ren zu bewegen, und die wirtschaftliche Lösung komplexer Antriebsaufgaben.

Gegenüber hydrostatischen Antrieben mit stationärem Einsatz, die der Industriehydraulik zuzuordnen sind, werden an Antriebe der Mobilhydraulik weitaus höhere Anforderungen gestellt, da sie immer im Freien und zudem sehr oft im un wegsamen Gelände und teilweise während der Fahrt Schwerstarbeit zu leisten haben. Zu den Sonderanforderungen gehören Unempfindlichkeit

- gegen Erschütterungen und Vibrationen,
- gegen Drehschwingungen der Brennkraftmaschine,
- gegen Witterungsschwankungen, Feuchtigkeit, Regen, Wasser, Staub und Schmutz, Sonneneinstrahlung,
- gegen elektrostatische und elektromagnetische Einflüsse,

sowie ein großer Betriebstemperaturbereich zwischen 25 und +90°C.

Diese mobilen Arbeitsmaschinen arbeiten bei einer re lativ geringen Fahrgeschwindigkeit im wesentlichen unter 50 km/h. Dabei wird häufig eine hohe Zugkraft verlangt. Um die Arbeit zu erleichtern und die Fahrantriebe den wech selnden Betriebsbedingungen, der maximalen Leistung oder der Teillast unter ökonomischen und ökologischen Gesichts punkten anzupassen, müssen diese und die Grenzlast weitge hend automatisch gesteuert werden. Allerdings arbeiten hy drostatische Getriebe unwirtschaftlich und sind sehr auf wendig, wenn sie einen großen Drehzahlbereich für die Ar beit und die Straßenfahrt abdecken müssen. Schließlich sol len die mobilen Arbeitsmaschinen leicht zu bedienen sein.

In der Regel treibt ein Primärantrieb die mobilen Ar beitsmaschinen über ein hydrostatisches Getriebe an, beste hend aus einer hydrostatischen Pumpe und einem hydrostati schen Motor, die in einem geschlossenen Kreislauf arbeiten. Aus energetischen Gründen werden heute hydraulische Antrie be mit größeren Leistungen und hoher Einschaltdauer primär seitig und teilweise auch sekundärseitig mit Verstellein heiten ausgerüstet, vorwiegend mit Axialkolbeneinheiten. Bei schlitzgesteuerten Axialkolbenmaschinen verwendet man vorzugsweise als Pumpen Schrägscheibenkonstruktionen und als Motoren Schrägachskonstruktionen.

Zwei Hilfspumpen, und zwar eine Speisepumpe und eine Steuerpumpe, werden vom Antriebsmotor angetrieben und er zeugen den Systemdruck und den Steuerdruck. Anstelle von zwei Hilfspumpen kann eine Hilfspumpe mit einem Verteiler system verwendet werden.

Die DE-A1 27 44 977 zeigt einen Radantrieb mit einem Axialkolbenmotor nach dem Schiefscheibenprinzip, der ein konstantes Schluckvolumen hat. Ein hochuntersetzendes Zahn radgetriebe in Form eines zweistufigen Planetengetriebes ermöglicht geringe radiale Abmessungen und eine hochbelast bare Lagerung durch Kegelrollenlager. Diese sind zwischen der Radnabe und einem Radnabenträger angeordnet, in dem der Hydromotor untergebracht und mit dem der Planetenträger starr verbunden ist. Allerdings ist die Baulänge erheblich.

Um den Geschwindigkeitsbereich des Fahrzeugs für Stra ßenfahrten zu erweitern, haben die Radantriebe eine Kupp lung, durch die während der Straßenfahrt einzelne Radan triebe abgeschaltet werden können. Das reduzierte Gesamt schluckvolumen der verbleibenden Radantriebe bewirkt bei gleichbleibendem Fördervolumen der Pumpe eine deutlich er höhte Fahrgeschwindigkeit, jedoch bei verringertem Drehmo ment. Die Kupplung vergrößert außerdem das Gewicht, den Bauaufwand und die Baulänge des Radantriebs erheblich. Als Antriebsaggregat kann jede Art eines Hydromotors, z. B. auch ein Radialkolbenmotor vorgesehen werden. Diese bauen zwar axial kurz, beanspruchen aber mehr radialen Bau raum. Ferner kann bei dem bekannten Radantrieb die An triebswelle auf die Fahrzeuginnenseite durchgeführt werden, um auf dieser eine Bremse anzuordnen, was das Gewicht und die Baulänge noch weiter vergrößern würde.

Aus der WO 93/09002 ist ein Antrieb für ein Mobilfahr zeug nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt. Dabei wird ein erster Fahrbereich für eine geringe Arbeitsge schwindigkeit mit einem Antrieb aller Räder dadurch gebil det, daß eine hydrostatisch regelbare Pumpe einerseits ei nen hydrostatischen Motor, der über ein einstufiges Getrie be und eine Kupplung ein erstes Räderpaar antreibt, und andererseits zwei regelbare, hydrostatische Radmotoren ei nes zweiten Räderpaares mit Drucköl versorgt. In einem zweiten Fahrbereich mit einer höheren Geschwindigkeit wer den die Radmotoren durch Ventile abgeschaltet, so daß das gesamte Fördervolumen der Pumpe dem Hydromotor zur Verfü gung steht, der über das Getriebe das erste Räderpaar an treibt. Um die Verluste in den Radmotoren des zweiten Rä derpaares gering zu halten, wenn keine Leistung über sie übertragen wird, werden ihre Kolben in diesem Betriebsbe reich auf Freilauf geschaltet.

Im dritten, schnellsten Fahrbereich wird ein Antriebs motor unmittelbar mit einem Differentialgetriebe des ersten Räderpaars über eine Kupplung verbunden, die eine durchge hende Antriebswelle der Pumpe mit einer Eingangswelle des Differentials verbindet. Die Pumpe ist in diesem Betriebs bereich auf Nullförderung gestellt und der regelbare Hydro motor und das Getriebe sind durch eine Kupplung von der Eingangswelle des Differentials getrennt. Die Radmotoren sind ebenfalls abgeschaltet und ihre Kolben befinden sich im Freilauf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Frei lauffunktion der hydraulischen Radmotoren mit einfachen Mitteln zu erreichen und den Antrieb zu verbessern. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Un teransprüchen.

Nach der Erfindung werden die Kolben der Radmotoren durch den Hydraulikdruck über Rollen an einen außen liegen den, mit einem Antriebsgehäuse fest verbundenen Kurvenring gedrückt, wobei sie in einem drehbaren Kolbenträger geführt sind, der drehfest mit einer Radnabe verbunden ist. Derar tige hydrostatische Motoren können bereits bei niedrigen Drehzahlen hohe Drehmomente erzeugen. Solche sogenannten Langsamläufer zeichnen sich durch eine große Laufruhe aus und beanspruchen einen geringen Bauraum, da sie für die meisten Anwendungsfälle nur eine mechanische Untersetzungs stufe benötigen. Ferner schalten sie automatisch auf Frei lauf, wenn der hydrostatische Druck entfällt oder unter einen vorgegebenen Wert absinkt. Die Kolben werden dann durch den Kurvenring in den Kolbenträger geschoben, so daß der Kolbenträger mit den Kolben lastfrei umlaufen kann, bis erneut die Kolben mit einem Arbeitsdruck beaufschlagt wer den. Dabei ist es zweckmäßig, daß die Kolben im inneren Totpunkt blockiert werden, um der Zentrifugalkraft entge genzuwirken, durch die die Kolben gegen den Kurvenring ge drückt würden. Schließlich kann der erfindungsgemäße An trieb dadurch vereinfacht werden, daß als Radmotoren Kon stantmotoren eingesetzt werden.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeich nungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbei spiel der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusam menfassen.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfin dungsgemäßen Antriebs und

Fig. 2 einen Teillängschnitt eines Radmotors.

Ein Antriebsmotor 1, in der Regel eine Hubkolbenbrenn kraftmaschine, treibt eine regelbare, hydrostatische Pum pe 2 an, die eine durchgehende Antriebswelle 3 besitzt. Diese ist über eine Kupplung 4, die als Reibungskupplung oder Formschlußkupplung ausgebildet sein kann, mit einem Differentialgetriebe 6 einer Achse 5 kuppelbar. Auf der Achse 5 ist ein Räderpaar 7 gelagert, das über Wellen 15, 16 vom Differentialgetriebe 6 angetrieben wird.

Die Pumpe 2 kann durch Ventile, die in einem Ven tilblock 8 untergebracht sind, mit hydrostatischen Radmoto ren 10 und 11 verbunden werden, die ihrerseits Räder eines zweiten Räderpaares 9 antreiben. Ferner kann die Pumpe 2 über Ventile des Ventilblocks 8 mit einem regelbaren Hydro motor 12 verbunden werden, der über ein einstufiges oder mehrstufiges Getriebe 13 und eine Kupplung 14 das Differen tialgetriebe 6 antreiben kann. Die Kupplung 14 kann als Reibungskupplung oder als Formschlußkupplung ausgebildet sein.

In einem ersten Fahrbereich für niedrige Fahrgeschwin digkeiten beim Arbeitseinsatz des Mobilfahrzeugs ist die Pumpe 2 über die Ventile des Ventilblocks 8 sowohl mit den Radmotoren 10 und 11 als auch mit dem Hydromotor 12 verbun den, so daß sowohl das erste Räderpaar 7 als auch das zwei te Räderpaar 9 angetrieben wird, wodurch eine optimale Traktion des Mobilfahrzeugs erreicht wird. Die Kupplung 4 ist geöffnet, so daß kein direkter Durchtrieb geschaltet ist.

In einem zweiten Fahrbereich mit erhöhter Geschwindig keit sind die Radmotoren 10, 11 durch Ventile des Ven tilblocks 8 von der Pumpe 2 getrennt, die somit nur noch die Hydropumpe 12 mit einem Hydraulikdruck beaufschlagt. Bei geöffneter Kupplung 4 treibt daher der Hydromotor 12 über das Getriebe 13 und die geschlossene Kupplung 14 sowie das Differentialgetriebe 6 das erste Räderpaar 7 an. Da für den Hydromotor 12 das gesamte Fördervolumen der Pumpe 2 zur Verfügung steht, lassen sich im zweiten Fahrbereich höhere Geschwindigkeiten erreichen. Allerdings ist die Traktion vermindert, da nur ein Räderpaar 7 angetrieben wird.

Im dritten Fahrbereich mit höchster Geschwindigkeit für die Straßenfahrt wird die Pumpe 2 auf Nullförderung gestellt, die Kupplung 14 geöffnet und die Kupplung 4 ge schlossen, so daß das Differentialgetriebe 6 ohne Zwischen schaltung einer Übersetzungsstufe vom Antriebsmotor 1 ange trieben wird. In diesem Fahrbereich sind sowohl die Radmo toren 10 als auch der Hydromotor 12 durch Ventile des Ven tilblocks 8 abgeschaltet.

Die Radmotoren 10 und 11 sind als nicht regelbare Kon stantmotoren ausgebildet. Fig. 2 zeigt einen Teillängs schnitt durch den Radmotor 10, der radial angeordnete Kol ben 21 hat. Diese stützen sich über Rollen 22 an einem au ßen liegenden Kurvenring 20 ab. Die Kolben 21 besitzen zur Abdichtung Kolbenringe 24 und sind in einem Kolbenträger 23 geführt, der über eine Mitnahmeverzahnung 26 mit einer Ein gangswelle 27 eines nicht näher dargestellten Endgetriebes drehfest verbunden ist.

Der Kurvenring 20 ist mit einem Nabenträger 19 und einem Steuerdeckel 29 verschraubt und bildet mit diesen Bauteilen ein Antriebsgehäuse, das mit dem nicht näher dar gestellten Mobilfahrzeug verbunden ist, und in dem der Kol benträger 23 durch ein radial und axial wirkendes Lager 25 in Form eines Rollenlagers drehbar gelagert ist.

Auf dem Nabenträger 19 ist eine Radnabe 17 drehbar gelagert, die unmittelbar von der Eingangswelle 27 oder über eine Getriebeendstufe angetrieben wird, die nicht nä her dargestellt ist. Die Nabe 17 besitzt einen Flansch 18 zur Befestigung einer Radfelge oder eines Zahnradkranzes für eine Fahrzeugkette.

Am Steuerdeckel 29 sind Hydraulikanschlüsse 28 vorge sehen, über die der Radmotor 10 mit dem Ventilblock 8 ver bunden ist und mit Druckmittel beaufschlagt wird. Die Ven tile des Ventilblocks 8, die den Radmotoren 10 und 11 zuge ordnet sind, können auch in den Steuerdeckel 29 integriert werden.

Die Kolben 21 werden durch den Hydraulikdruck gegen den Kurvenring 20 gedrückt. Entfällt der Hydraulikdruck, werden die Kolben 21 durch die rotierende Nabe 17 von den Erhebungen des Kurvenringes 20 in den Kolbenträger 23 ge schoben und dort zweckmäßigerweise blockiert, so daß die Nabe 17 mit den Rädern 9 frei umläuft, sobald keine Lei stung mehr über den Radmotor 10, 11 übertragen wird. Es ergibt sich dadurch ein einfacher, klein bauender Antrieb mit einem guten Wirkungsgrad.

Bezugszeichenliste

1

Antriebsmotor

2

Pumpe

3

Antriebswelle

4

Kupplung

5

Achse

6

Differentialgetriebe

7

erstes Antriebsräderpaar

8

Ventilblock

9

zweites Antriebsräderpaar

10

Radmotor

11

Radmotor

12

Hydromotor

13

Getriebe

14

Kupplung

15

Welle

16

Welle

17

Radnabe

18

Flansch

19

Nabenträger

20

Kurvenring

21

Kolben

22

Rolle

23

Kolbenträger

24

Kolbenring

25

Lager

26

Mitnahmeverzahnung

27

Eingangswelle

28

Hydraulikanschluß

29

Steuerdeckel

Claims

1. Antrieb für ein Mobilfahrzeug mit einem Antriebsmo tor (1), der eine regelbare hydrostatische Pumpe (2) mit einer durchgehenden Antriebswelle (3) antreibt, die über eine Kupplung (4) mechanisch mit einem ersten Antriebsrä derpaar (7) des Mobilfahrzeugs kuppelbar ist, wobei die Pumpe (2) über Ventile (8) zwei hydrostatische Radmoto ren (10, 11) in Radialbauweise, die in einem zweiten An triebsräderpaar (9) angeordnet sind und deren Kolben (21) auf Freilauf schalten, wenn sie keine Leistung übertragen, mit Druckmittel beaufschlagt und mit einem regelbaren Hy dromotor (12) hydraulisch verbunden werden kann, der über ein mechanisches Getriebe (13) mittels einer mechanischen Kupplung (14) mit dem ersten Antriebsräderpaar (7) kuppel bar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (21) der Radmotoren (10, 11) durch den Hydraulik druck über Rollen (22) an einen außen liegenden, mit einem Antriebsgehäuse fest verbundenen Kurvenring (20) gedrückt werden und in einem drehbaren Kolbenträger (23) geführt sind, der drehfest mit einer Radnabe (17) verbunden ist.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kolben (21) der Radmotoren (10, 11) im inneren Totpunkt blockiert werden, wenn der Hydrau likdruck unter einen vorgegebenen Betrag sinkt.

3. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Radmoto ren (10, 11) Konstantmotoren sind.