Nebenantrieb 9. Inhalt

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1 Inhalt NEBENANTRIEB Nebenantriebsalternativen Nebenantriebe mit Getriebeantrieb Kupplungsunabhängige Nebenantriebe Motornebenantriebe Nebenantrieb - Automatikgetriebe 5 NEBENANTRIEB - AUFBAU 6 KRAN HINTER DEM FAHRERHAUS 7 Hinten montierter Kran 7 KIPPER 8 Kipper - Schneepflug/Sandstreuvorr. 8 BETONMISCHER 9 LADUNGSWECHSLER 0 TANK 0 KÜHLAGGREGAT MASSENGÜTER ABFALLAGGREGAT UNTERSETZUNG DES NEBENANTRIEBES Nebenantrieb mit niedriger Drehzahl Nebenantrieb mit hoher Drehzahl LEISTUNGSBERECHNUNG/GRÖSSENBESTIMMUNG VON HYDRAULIKPUMPEN NEBENANTRIEBSDATEN 5 Leistungsdiagramm 5 KARDANWELLEN 6 Arbeitsweise der Kardanwelle 6 Ausgleich mit Gelenken 7 Zwei Grundfälle 7 Vereinfachte Berechnung der Ungleichförmigkeit 8

2 NEBENANTRIEB Dieses Heft liefert eine allgemeine Beschreibung unterschiedlicher Typen von Nebenantrieben: - Wie sie eingesetzt werden können. - Wie man die Leistung berechnet und die Pumpengröße richtig auswählt. Am Ende dieses Heftes befindet sich eine kurzgefaßte Theorie zu Kardanwellen. Im selben Kapitel, aber in einem separaten Heft, werden Scanias unterschiedliche Nebenantriebe beschrieben. Nebenantriebsalternativen Für den Antrieb einer Hydraulik- oder Wasserpumpe, eines Kompressors oder anderer Ausrüstung wird ein Nebenantrieb irgendeiner Art benötigt. Je nach Aufbau, Einsatz und anzutreibendem Aggregat können verschiedene Nebenantriebsalternativen gewählt werden. Nebenantriebe können in solche mit Getriebeantrieb und kupplungsunabhängige Nebenantriebe unterschieden werden. Nebenantriebe mit Getriebeantrieb Diese Nebenantriebe sind immer kupplungsabhängig, d.h. sie werden bei gedrückter Kupplung nicht mehr angetrieben. Sie können daher nur bei stillstehenden Fahrzeugen verwendet werden, z.b. für Kipper und Kranaufbauten. Nebenantriebe mit Getriebeantrieb können für Kardanwellenantrieb oder Direktmontage einer Hydraulikpumpe angepaßt sein. Nebenantrieb mit Getriebeantrieb und direktmontierter Hydraulikpumpe 6:900 6:900 Nebenantrieb mit Getriebeantrieb und über Kardanwelle angeschlossene Hydraulikpumpe

3 Kupplungsunabhängige Nebenantriebe Ein kupplungsunabhängiger Nebenantrieb wird durch die Betätigung der Kupplung nicht beeinflußt und kann daher auch bei Bewegung des Fahrzeugs verwendet werden. Für den Antrieb von Aggregaten, die beim Rangieren verwendet werden, z.b. Hydraulikpumpen für Ladungswechsler, muß ein kupplungsunabhängiger Nebenantrieb verwendet werden. Ein kupplungsunabhängiger Nebenantrieb hat in der Regel einen Flansch für die Montage einer Kardanwelle, kann aber auch für die Direktmontage einer Hydraulikpumpe angepaßt sein. 6:90 Kupplungsunabhängiger Nebenantrieb Motornebenantriebe Motornebenantriebe gehören zur Gruppe der kupplungsunabhängigen Nebenantriebe. Sie werden hauptsächlich für den Antrieb von Aggregaten verwendet, die auch beim Fahren und Rangieren verwendet werden, z.b. für Kühl- und Gefrieraggregate, Ladungswechsler, Pflugausrüstung und Betonmischer. 6:900 Motornebenantrieb mit direktmontierter Hydraulikpumpe

4 Nebenantrieb - Automatikgetriebe Nebenantriebe an Automatikgetrieben können in der Regel nur dann verwendet werden, wenn sich der Gangwähler in der Neutralstellung befindet, d.h. wenn das Fahrzeug stillsteht. Mit einer modifizierten Nebenantriebsbetätigung kann der Nebenantrieb auch beim Fahren verwendet werden (Gangwähler in Fahrstellung). 6:9005 Nebenantrieb an Automatikgetriebe 5

5 NEBENANTRIEB - AUFBAU Je nach Aufbauausrüstung und verwendetem Aggregat werden unterschiedliche Nebenantriebe und Antriebstypen eingesetzt. Die folgende Abbildung bietet eine Übersicht über Nebenantriebsauswahl und Systemaufbau der häufigsten Aufbauten. Manche dieser Aggregate können auch auf anderen Arten angetrieben werden, als in diesen Beispielen beschrieben wird, z.b. durch einen separaten Dieselmotor. Das Diagramm unten zeigt Leistungsbedarf und tatsächliche Betriebsdauer des Nebenantriebs für unterschiedliche Einsatzgebiete. Dies gibt ein Bild davon, welche Anforderungen an Nebenantrieb und Aggregat gestellt werden. Leistungsabgabe kw 50 Ladungswechsler 0 Massengutfahrzeug Forstkran 0 0 Kipper Tank (Kraftstoff) Kran 0 6: Betriebsdauer Stunden/5 Jahre

6 KRAN HINTER DEM FAHRERHAUS. Getriebenebenantrieb. Hydraulikpumpe mit konstantem Durchfluß. Ventilpaket. Hydraulikölbehälter Systemdruck: bar Durchflußbedarf: 0-80 l/min 6:9007 Hinten montierter Kran. Getriebenebenantrieb. Hydraulikpumpe mit variablem alt. konstantem Durchfluß. Ventilpaket. Hydraulikölbehälter Systemdruck: bar Durchflußbedarf: l/min 6:9008 In beiden obigen Fällen kann ein Getriebenebenantrieb verwendet werden, da der Nebenantrieb nur bei stillstehendem Fahrzeug zum Einsatz kommt. 7

7 KIPPER 5. Getriebenebenantrieb. Hydraulikpumpe mit konstantem Durchfluß. Ventilpaket. Hydraulikölbehälter 5. Einfachwirkender Hydraulikzylinder (wird von der Hydraulikpumpe gefüllt und vom Eigengewicht geleert). Systemdruck: bar Durchflußbedarf: 0-00 l/min 6:9009 Für den Antrieb der Hydraulikpumpe kann ein Getriebenebenantrieb verwendet werden, da dieser in der Regel bei stillstehendem Fahrzeug zum Einsatz kommt. Kipper - Schneepflug/ Sandstreuvorrichtung. Motornebenantrieb alt. anderer kupplungsunabhängiger Nebenantrieb. Variable Hydraulikpumpe. Ventilpaket. Einfachwirkender Kippzylinder (wird von der Hydraulikpumpe gefüllt und vom Eigengewicht geleert). 5. Hydraulikölbehälter 5 6:900 Der Unterschied zu einem herkömmlichen Kippfahrzeug besteht darin, daß die Betätigung des Kippers und der Schneepflug/Sandstreuvorrichtung beim Fahren erfolgt, was zur Folge hat, daß ein kupplungsunabhängiger Nebenantrieb verwendet werden muß. 8

8 BETONMISCHER 5 Alt.. Kupplungsunabhängiger Nebenantrieb. Variable Hydraulikpumpe. Hydraulikölbehälter. Ölkühler 5. Hydraulikmotor 6:90 Sowohl zum Entleeren/Einfüllen von Beton als auch zur von der Motordrehzahl unabhängigen Regelung der Rotationsgeschwindigkeit des Betonmischers während des Transports werden eine variable Hydraulikpumpe und ein kupplungsunabhängiger Nebenantrieb verwendet :90 Der Motornebenantrieb und die kleine Hydraulikpumpe wird während des Transports für die Rotation des Betonmischers verwendet. Alt.. Motornebenantrieb. Kleine Hydraulikpumpe mit konstantem Durchfluß. Getriebenebenantrieb. Hydraulikpumpe mit konstantem Durchfluß 5. Ventilpaket 6. Rückschlagventil 7. Hydraulikölbehälter 8. Hydraulikmotor Transport Systemdruck: bar Durchflußbedarf: 0 l/min Entleeren Systemdruck: bar Durchflußbedarf: 50 l/min Der Getriebenebenantieb und die andere Hydraulikpumpe werden zum Entleeren/Einfüllen von Beton verwendet. 9

9 LADUNGSWECHSLER. Motornebenantrieb alt. anderer kupplungsunabhängiger Nebenantrieb. Hydraulikpumpe mit konstantem Durchfluß. Ventilpaket. Hydraulikölbehälter 5 Hydraulikzylinder Systemdruck: bar Durchflußbedarf: 60-0 l/min 5 Da in der Regel der Fanghaken des Ladungswechslers bei (rückwärts) fahrendem Fahrzeug betätigt werden muß, wird ein kupplungsunabhängiger Nebenantrieb benötigt. TANK. Getriebenebenantrieb. Pumpe (Öl, Benzin, Gas, Milch) 6:90 6:90 Da das Fahrzeug beim Betätigen der Pumpe stillsteht, kann ein Getriebenebenantrieb verwendet werden. 0

10 KÜHLAGGREGAT 5 6 Alt.. Motornebenantrieb. Hydraulikpumpe mit variablem oder konstantem Durchfluß. Hydraulikölbehälter. Hydraulikmotor 5. Kältemittelkompressor 6. Elektromotor (für den Antrieb des Kompressors bei abgeschaltetem Motor) 6: Alt.. Motornebenantrieb. Hydraulikpumpe mit variablem oder konstantem Durchfluß. Hydraulikölbehälter. Hydraulikmotor 5. Generator 6. Elektromotor 7. Kältemittelkompressor 5 6:906 In beiden gezeigten Fällen muß der Kältemittelkompressor bei fahrendem Fahrzeug betrieben werden, weshalb ein Motornebenantrieb oder ein kupplungsunabhängiger Nebenantrieb verwendet werden muß.

11 MASSENGÜTER. Getriebenebenantrieb. Kompressor 6:907 Da das Fahrzeug bei Betrieb des Kompressors stillsteht, kann ein Getriebenebenantrieb verwendet werden. ABFALLAGGREGAT Alt.. Motornebenantrieb. Hydraulikpumpe. Hydraulikölbehälter Wenn die Ausrüstung des Abfallaggregates beim Fahren betrieben werden soll, muß ein Motornebenantrieb verwendet werden. 6:908 Alternativ hierzu kann ein anderer kupplungsunabhängiger Nebenantrieb oder ein Antrieb an einem Automatikgetriebe verwendet werden.

12 Alt.. Getriebenebenantrieb. Hydraulikpumpe. Hydraulikölbehälter Systemdruck: bar Durchflußbedarf: 60-0 l/min 6:909 Ein Getriebenebenantrieb kann verwendet werden, wenn die Hydraulikausrüstung des Abfallaggregates nur bei stillstehendem Fahrzeug verwendet wird. UNTERSETZUNG DES NEBENANTRIEBES Die Faktoren, die die Wahl der Untersetzung des Nebenantriebes beeinflussen, sind: die Motordrehzahl, die Pumpengröße und die erforderliche Drehzahl anderer anzutreibender Aggregate. Nebenantrieb mit niedriger Drehzahl Sollte immer für Pumpen/Aggregate, die beim Fahren betrieben werden sollen, gewählt werden, da sonst Überdrehgefahr von Pumpe/Aggregat besteht. Nebenantrieb mit hoher Drehzahl Kann prinzipiell immer bei Aufbauausrüstung, die bei stillstehendem Fahrzeug betrieben wird, verwendet werden. Durch einen Nebenantrieb mit hoher Drehzahl erhält man mit kleineren Hydraulikpumpen einen höheren Durchfluß. 6:900

13 LEISTUNGSBERECHNUNG/ GRÖSSENBESTIMMUNG VON HYDRAULIKPUMPEN Damit der Nebenantrieb nicht überlastet wird, ist es wichtig, die Momentbelastung durch die ausgesuchte Pumpe und die Leistungsabnahme des Nebenantriebes zu berechnen. Moment und Leistung werden wie folgt berechnet: M = P = D x Pbar 6 D x N x Z x Pbar 600 x 0,95 x 000 Damit der Nebenantrieb nicht überlastet wird, sowie um den Durchflußbedarf bei festgelegter Drehzahl zu decken, ist es wichtig, daß die richtige Pumpengröße verwendet wird. 6:90 M = Moment (Nm) D = Verdrängung der Pumpe (cm ) Pbar = Systemdruck (bar) 6 = Konstante P = Leistung (kw) Z = Untersetzung des Nebenantriebs 0,95 = Wirkungsgrad der Pumpe (kann je nach Pumpentyp variieren) Die Größe der Pumpe (Verdrängung) D in cm wird anhand der folgenden Formel berechnet: D = Q x 000 N x Z D = Verdrängung der Pumpe (cm ) Q = Durchflußbedarf (l/min) N = festgelegte Motordrehzahl (/min) Z = Untersetzung des Nebenantriebs Berechnungsbeispiel : Wie groß muß die Pumpe sein, wenn der Durchflußbedarf 80 l/min, die Untersetzung des Nebenantriebs 0,8 und die festgelegte Motordrehzahl 00/min beträgt? 80 x 000 D = 00 x 0,8 Berechnungsbeispiel : Wie groß werden Momentbelastung und Leistungsabnahme am Nebenantrieb bei einer Pumpenwahl gemäß Berechnungsbeispiel, wenn der Systemdruck bei 00 bar liegt? M = P = 75 x 00 6 = 8 Nm 75 x 00 x 0,8 x x 0,95 x 000 = 8 kw Antwort: Die Momentbelastung des Nebenantriebs beträgt 8 Nm, die Leistungsabnahme beträgt 8 kw. Die berechnete Belastung muß anschließend mit der max. zulässigen Belastung des Nebenantriebes verglichen werden. Antwort: Mit der obigen Forderung sollte die Pumpengröße (die Verdrängung) 75 cm betragen. Liegt die berechnete Belastung über der max. zulässigen für den Nebenantrieb, muß eine andere Pumpengröße gewählt werden.

14 NEBENANTRIEBSDATEN Leistungsdiagramm Die Leistungsdiagramme auf den folgenden Seiten zeigen die Grenzen, innerhalb jener die Nebenantriebe betrieben werden können. Für Getriebenebenantriebe sind drei verschiedene Belastungsfälle eingezeichnet. Kontinuierlicher Betrieb, Stoßbetrieb (max. 5 min) und kurzzeitige Belastung. MOTOR /min NEBENANTRIEB /min Kontinuerlich Stoßbetrieb (max. 5 min) Kurzzeitige Belastung Leistungsdiagramm Leistungsbedarf - Nebenantrieb 0 kw 7 kw 55 kw 7 kw 8 kw 7 kw Momentbelastung 6:90 Die Grenzen für den kontinuierlichen Betrieb liegt in den hohen Öltemperaturen, die im Getriebe während länger andauernder Belastung auftreten, begründet. Bei Bedarf einer höheren Leistung bei kontinuierlichem Betrieb als im Diagramm als zulässig eingezeichnet, kann dies durch die Montage eines Getriebeölkühlers bewältigt werden. Die Grenze für Stoßbetrieb läßt eine höhere Leistungsabnahme während eine kürzeren Zeit (5 min.) zu. Bei einer kurzzeitigen Belastung kann der Nebenantrieb während einer sehr kurzen Zeit mit einer sehr hohen Leistungsabnahme belastet werden, z.b. bei den Höchstbelastungen, die vor dem Öffnen des Überströmventils in einem Hydrauliksystem auftreten. 5

15 KARDANWELLEN 6:90 Arbeitsweise der Kardanwelle Lage der Kreuzgelenke Grundlegend für die Funktionstüchtigkeit einer Kardanwellenübertagung ist, daß die Gelenkwinkel richtig gewählt und die Kreuzgelenke im Verhältnis zueinander richtig montiert werden. Achtung! Die häufigste Ursache für Vibrationen in Kreuzgelenken ist, daß diese in falscher Lage zueinander montiert worden sind. 6:90 6

16 Ungleichförmigkeit Das Kreuzgelenk wird verwendet, um Wellen, die sich im Winkel zueinander, oder parallele Wellen, die sich nicht in einer Linie befinden, zu verbinden. Wenn ein solches Wellensystem rotiert, tritt eine ungleichförmige Bewegung des Kreuzgelenks auf. Die Ungleichförmigkeit hängt vom Winkel ab und ist eine unvermeidbare Eigenschaft von Kreuzgelenken. Je größer der Winkel, um so größer ist auch die Ungleichförmigkeit. 6:905 Bedeutung der Winkel Wenn die Winkel gleich groß sind, werden die Ungleichförmigkeiten nicht an das übrige System übertragen. Eine Kardanwelle hat nur dann eine konstante Rotationsgeschwindigkeit, wenn der Winkel des Antriebskreuzgelenks gleich 0 ist. Bei Gelenkwinkeln von weniger als können Druckschäden an den Kreuzgelenken auftreten mit verkürzter Lebensdauer des Gelenkes zur Folge. α α 6:906 Ausgleich mit Gelenken Werden mehrere Gelenke in einem Kardanwellensystem verwendet, erzeugt jedes Gelenk Ungleichförmigkeiten, je nach Winkel, den es besitzt. Durch Messen der Gelenkwinkel und Berechnen der Ungleichförmigkeit kann das System so angepaßt werden, daß keine störenden Vibrationen entstehen. Läßt man die Rohrmitnehmer der Kardanwelle in einer Ebene liegen, kann die Ungleichförmigkeit des einen Gelenks durch das andere Gelenk reduziert oder kompensiert werden, wenn die Gelenkwinkel gleich groß sind. Dadurch, daß die Rohrmitnehmer in derselben Ebene liegen, nimmt die Rotationsgeschwindigkeit des einen Gelenks zu, wenn die des anderen abnimmt und umgekehrt. Die Kardanwelle selbst rotiert ungleichförmig mit zu- und abnehmender Rotationsgeschwindigkeit alle 90. Daß die Kreuzgelenke die richtige Lage zueinander besitzen ist sehr wichtig, gleich ob das Kardanwellensystem ein oder mehrere Kreuzgelenke hat. Zwei Grundfälle Für das Kardanwellensystem gibt es zwei grundlegende Einbaualternativen, mit Z- bzw. W-Montage bezeichnet. Kombinationen dieser Einbaumöglichkeiten können auch vorkommen. Z-Montage Bei der Z-Montage sind die Wellen des antreibenden und angetriebenen Aggregats ganz oder nahezu parallel. W-Montage Bei der W-Montage sind die Wellen des antreibenden und des angetriebenen Aggregats nicht parallel. Z W 6:907 7

17 Vereinfachte Berechnung der Ungleichförmigkeit Vollständige Berechnungen der Ungleichförmigkeit sind sehr kompliziert. Daher beschreiben wir an dieser Stelle eine vereinfachte Berechnungsart, um ein Maß der Ungleichförmigkeit berechnen zu können. α α 6:908 Wenn sämtliche Winkel kleiner als sind, treten selten Probleme mit der Ungleichförmigkeit auf. Solche Systeme brauchen daher kaum justiert werden. α α Kardanwellensystem mit zwei Gelenken Die Rohrmitnehmer und der Kardanwelle liegen in derselben Ebene. Die Gelenkwinkel sind nicht gleich groß, weshalb die Welle Ungleichförmigkeit an die übrigen Systeme übertragen wird. α α 6:909 Gelenkwinkel im Gelenk : α = 7 Gelenkwinkel im Gelenk : α = 8 Folgendes Beispiel wir angewendet, wenn die Kreuzgelenke in dieselbe Richtung gedreht sind: α - α = Ungleichförmigkeit, wenn die Kreuzgelenke in eine Richtung zeigen α + α (7x7) - (8x8) = -5 Es handelt sich hier um (-) 5 Einheiten Ungleichförmigkeit. (Das Minuszeichen hat keine Bedeutung). Wenn die Gelenke der betreffenden Welle falsch montiert gewesen wären und nicht in derselben Ebene gelegen hätten, dann hätten sich die Ungleichförmigkeiten addiert. α + α = Ungleichförmigkeit, wenn die Rohrmitnehmer nicht in derselben Ebene liegen, d.h. um 90 im Verhältnis zueinander gedreht sind. Konsequenzen der Ungleichförmigkeit Normal kann man davon ausgehen, daß die Festigkeit der Kraftübertragung in einem Fahrzeug nicht nennenswert beeinflußt wird, so lange die Ungleichförmigkeit zwischen den Kreuzgelenken bleibt. Die Ungleichförmigkeit kann dagegen zu Vibrationen, Geräuschen und in manchen Fällen zu verschlechtertem Komfort führen. (7x7) + (8x8) = + Für einen kontinuierlichen Betrieb ist das eine zu hohe Ungleichförmigkeit. Sie kann nur in extremen Situationen und für kurzfristigen, leichten Betrieb akzeptiert werden. 8