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Umlaufrädergetriebe mit zwei treibenden Zugmitteltrieben, von denen
der eine in seiner Ubersetzung veränderbar ist Die Erfindung bezieht sich auf ein
Umlaufrädergetriebe mit zwei treibenden Zugmitteltrieben, von denen der eine in
seiner Übersetzung veränderbar ist und auf das innere Zentralrad einwirkt, der andere
in seiner Übersetzung nicht veränderbar ist und auf den Umlaufräderträger einwirkt.
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Es ist ein Getriebe dieser Art bekannt, bei dem der in der Übersetzung
veränderbare Zugmitteltrieb aus einem stufenlos verstellbaren Keilriementrieb besteht.
Man erhält dadurch ein Getriebe, dessen übersetzungsverhältnis in einem gewissen
Bereich stufenlos veränderbar ist, wobei aber nur ein Teil der Leistung über den
stufenlos verstellbaren Keilriementrieb übertragen wird, während der andere Teil
der Leistung über den festen Zugmitteltrieb übertragen wird. Der Bereich der Drehzahländerung
entspricht dem Verstellbereich des Keilriementriebs. Zur Erweiterung des Drehzahlbereichs
ist diesem bekannten Getriebe ein Zahnräderwechselgetriebe nachgeschaltet. Eine
Umkehr der Drehrichtung ist nicht vorgeselien, und es ist auch nicht möglich, einen
der beiden Zugmittelantriebe für sich allein zu verwenden.
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Bei einem anderen bekannten Urnlaufrädergetriebe der eingangs angegebenen
Art ist der in der Drehzahl veränderbare treibende Teil ein Zahnräderwechselgetriebe.
Ferner ist eine Doppelkupplung vorgesehen, mit der die Abtriebswelle wahlweise mit
dem Abtrieb des Umlaufrädergetriebes oder direkt mit dem nicht veränderbaren treibenden
Teil verbunden werden kann. Im ersten Fall wirkt das Getriebe wie ein Zahnräderwechselgetriebe,
mit dem Unterschied, daß das übersetzungsverhältnis durch die Differenz einer festen
und einer veränderbaren Drehzahl gegeben ist. Im zweiten Fall besteht eine direkte,
u.nveränderbare Antriebsverbindung unter Ausschaltung des Wechselgetriebes.
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Bei Umlaufrädergetrieben ist es ferner bekannt, zur wahlweisen Verbindung
von zwei drehbaren bzw. eines drehbaren und eines raumfesten Teiles Doppelkupplungen
zu verwenden. Diese Maßnahme wird insbesondere bei Wendegetrieben zur Umkehr der
Drehrichtung angewendet.
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Demgegenüber ist das Ziel der Erfindung die Schaffung eines Umlaufrädergetriebes,
bei dem ohne ein zusätzliches Wechselgetriebe eine stufenlose Änderung des übersetzungsverhältnisses
in einem Bereich möglich ist, der dem Mehrfachen des Verstellbereichs des Zugmitteltriebs
mit veränderbarer Übersetzung entspricht.
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Dies wird erfindungsgemäß durch eine Kombination der an sich bekannten
technischen Maßnahmen erreicht, die darin besteht, daß auf dem Umlaufräderträger
eine axial verschiebbare Doppelkupplung angeordnet ist, durch welche der Umlaufräderträger
entweder mit dem in seiner Übersetzung nicht veränderbaren treibenden Zugmitteltrieb
verbunden oder gegenüber dem Getriebegehäuse festgestellt werden kann, und daß das
innenverzahnte äußere Zentralrad als axial verschiebbare Doppelkupplung ausgebildet
ist, welche außer der Verbindung mit der getriebenen Welle wahlweise eine Verriegelung
zwischen dem äußeren und dem inneren Zentralrad ermöglicht.
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Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist es möglich, durch die Einstellung
der beiden Doppelkupplungen die Drehzahl der Abtriebswelle wahlweise durch den festen
und den veränderlichen Zugmitteltrieb gemeinsam oder in der einen und der anderen
Drehrichtung durch den in der Übersetzung veränderbaren Zugmitteltrieb allein zu
bestimmen. In jedem Fall steht der gesamte Änderungsbereich des Übersetzungsverhältnisses
zur Verfügung, so daß dieser Bereich mehrfach ausgenutzt werden kann. Bei gemeinsamer
Anwendung beider Zugmitteltriebe kann durch geeignete Bemessung der übersetzungsverhältnisse
der Zugmitteltriebe und des Unilaufrädergetriebes die Drehzahl der Abtrieb#swelle
bis auf den Wert Null herabgesetzt oder auch nach beiden Richtungen von diesem Wert
aus verändert werden.
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Es ist bei dem erfindungsgemäßen Getriebe auch möglich, die Abtriebswelle
vollständig abzukuppeln
oder direkt starr mit dem festen Zugmitteltrieb
zu verbinden.
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Das erfindungsgemäße Getriebe ergibt daher eine sehr große Vielseitigkeit
im Betrieb, die mit den bekannten Getrieben nicht erreicht wird. Es eignet sich
für alle Anwendungszwecke, bei denen eine in einem großen Bereich oder in mehreren
getrennten Bereichen stufenlos veränderbare übersetzung gefordert wird. Ein Beispiel
hierfür ist der Antrieb eines Mähdreschers; zum besseren Verständnis wird in der
folgenden Beschreibung eines praktischen Ausführungsbeispiels angenommen, daß das
Getriebe zum Antrieb einer derartigen Maschine dient.
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Bei Mähdreschern sollen die eingebauten Erntegeräte, wie Ährenschneid-
und Transporteinrichtungen, Drescheinrichtung, Körnersiebe, Gebläse usw., mit möglichst
konstanter Drehzahl angetrieben werden. Andererseits soll die Fahrgeschwindigkeit
des Mähdreschers in weiten Grenzen regelbar sein, und zwar in einem Bereich niedriger
Arbeitsgeschwindigkeiten, der vorzugsweise bis zum Stillstand reicht, einem Bereich
höherer Transportgeschwindigkeit für die Bewegung auf der Straße und einem Bereich
etwas niedrigerer Fahrgeschwindigkeit für den Rückwärtsgang.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Darin zeigt Fig. 1 eine Schnittansicht des Umlaufrädergetriebes gemäß der
Erfindung in der für die Verwendung bei einem Mähdrescher bestimmten Form, Fig.
1 A einen vergrößerten Schnitt durch die Achse und das Umlaufrädergetriebe
nach Fig. 1,
Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in Fig.
1.
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Das in der Zeichnung gezeigte Umlaufrädergetriebe 10 wird über
zwei parallel wirkende Zugmitteltriebe 12 und 14 von der gleichen Antriebswelle
16 aus angetrieben. Diese wird von einem Motor mit konstanter Drehzahl über
einen Riemen 17 und eine Riemenscheibe 18 angetrieben. Der Abtrieb
des Umlaufrädergetriebes ist über ein Untersetzungsgetriebe 20 mit dem Differential
22 eines Mähdreschers verbunden, dessen Antriebsräder über die beiden Wellen 24
und 26 angetrieben werden.
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Der Zugmitteltrieb 12 besteht aus einer Rollengliederkette, die über
ein Kettenrad 28 der Antriebswelle 16 und ein Kettenrad
30 des Umlaufrädergetriebes 10 läuft. Das Kettenrad 30 ist
drehfest an einem Ende einer Getriebehohlwelle 34 angebracht, die an ihrem anderen
Ende, das in das Gehäuse 38 des Umlaufrädergetriebes 10 ragt, mit
äußeren Kupplungsklauen 36 versehen ist. Durch die Hohlwelle 34 verläuft
die Getriebewelle 46, die sowohl nach innen in das Gehäuse 38 als auch nach
außen aus der Hohl--welle 34 herausragt.
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Der Zugmitteltrieb 14 besteht aus einem stufenlos verstellbaren Keilriementrieb
mit einem Keilriemen 59 und zwei verstellbaren Keilriemenscheiben
60 und 62. Die Keilriemenscheibe 62 ist drehfest auf der Getriebewelle
46 montiert. Die Keilriemenscheibe 62 hat ,einen axial feststehenden Riemenscheibenteller
64 und einen axial verschiebbaren Riemenscheibenteller 74. Der Riemenscheibenteller74
ist an einem axial verschiebbaren Hohlglied 84 befestigt. Dieses Hohlglied 84 ist
auf der Getriebewelle 46 mittels drei unter gleichen Winkeln über den Umfang verteilten
axial verlaufenden Reihen von Kugeln 86 gegen Drehung gesichert, die jeweils
zur Hälfte in Innenrillen 88 im Hohlglied 84 und in Außenrillen
90 an der Welle 46 liegen. Dadurch wird eine drehfeste, reibungsarme Verbindung
zwischen der Getriebewelle 46 und dem axial verschiebbaren Riemenscheibenteller
gebildet. Die Keilriemenscheibe 60 ist in gleicher Weise ausgeführt. Die
axiale Verstellung der Riemenscheibenteller 74 der Riemenscheiben 60 und
62 erfolgt mittels eines Schubringes 108, der über ein Schubkugellager
102 auf das Hohlglied 84 einwirkt. Der Schubring 108 besitzt eine Schulter
110, an der die gerundeten Enden 112 der Gabelarme 114 eines Winkelhebels
angreifen, die das Hohlglied 84 an beiden Seiten umfassen. An den Enden der Arme
114 greifen Vorsprünge 116 zu beiden Seiten des Gliedes 108 an und
verhindern dessen Drehung.
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Die Winkelhebel 118 bzw. 120, die die zwei den Schubring
108 umfassenden Arme 114 tragen, sind an feststehenden Lagerbolzen 124 bzw.
126 schwenkbar gelagert. An dem Arm 128 des Winkelhebels
118, der etwa im rechten Winkel zu den Gabelarmen 114 steht, ist bei
132 eine Kupplungsstange 130 bei 136 eine Drehzahlregelstange
134 angelenkt. An dem entsprechenden Arm 138 des Winkelhebels 120 ist bei
142 eine Kupplungsstange 140 angelenkt.
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Die Kupplungsstangen 130 und 140 sind längenverstellbar und
mit ihren freien Enden an einem Verbindungsstück 150 bei 152 angelenkt.
In das Verbindungsstück 150 ist das mit einem Gewinde versehene Ende einer
Kupplungsbetätigungsstange 154 eingeschraubt. Eine Schraubenfeder 160 ist
zwischen einem Teil 162 des Fahrzeugrahmens und dem bei 166
an der
Kupplungsbetätigungsstange 154 angeschweißten Federwiderlager 164 so eingespannt,
daß sie die Kupplungsbetätigungsstange 154 dauernd nach links (Fig. 1) drückt.
Das Ende der Kupplungsbetätigungsstange 154 ist über einen bei 176 schwenkbar
gelagerten Winkelhebel 172 mit einer Kupplungsbetätigungsstange
180 verbunden.
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Die Druckfeder 160 liefert über die Kupplungsbetätigungsstange
154 eine Kraft, die durch die Kupplungsstangen 130 und 140 vervielfacht wird,
wobei im wesentlichen gleiche Kräfte auf die Arme 128 und 138
der Winkelhebel
118 bzw. 120 ausgeübt werden. Diese Kräfte werden auf die betreffenden Schubringe
108
übertragen, so daß die Riemenscheibenteller der Riemenscheiben
60 und 62 zusammengedrückt werden und den Keilriemen 59 gespannt
halten.
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Mittels der Drebzahlregelstange 134 kann während des Betriebes nach
Wunsch der Gelenkpunkt 132 aus der dargestellten Stellung bis in die mit
a bezeichnete Stellung verschwenkt werden. Dieser Verschiebung entspricht eine Bewegung
des Schubringes 108 aus der dargestellten Stellung in die Stellung
b und damit eine Verstellung der Riemenscheibe 60 aus der dargestellten,
völlig geöffneten Grenzstellung in eine geschlossene Grenzstellung, die für die
Riemenscheibe 62 dargestellt ist. Die Bewegung des Gelenkpunktes
132 wird ferner über die Kupplungsstange 130, das Verbindungsstück
150 und die Kupplungsstange 140 auf den Gelenkpunkt 142 des Winkelhebels
120 übertragen, der dadurch entgegengesetzt zu dem Winkelhebel 118 verschwenkt
wird.
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Die Riemenscheibe 62 wird also immer entgegengesetzt zur Riemenscheibe
60 verstellt. Wenn die Riemenscheibe 62 sich in der dargestellten,
völlig geschlossenen Stellung befindet, ist die Riemenscheibe 60 in ihrer
dargestellten, völlig geöffneten Stellung, und wenn die Riemenscheibe
60 sich in geschlossener Stellung befindet, ist die Riemenscheibe
62 in der völlig geöffneten Stellung. Dies gilt für alle Zwischenstellungen;
in dem Maße, in dem die Einstellung der .Riemenscheibe 60 sich der völlig
geöffneten Stellung
nähert, nähert sich die Riemenscheibe
62 der dargestellten geschlossenen Stellung.
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Die dargestellte Einstellung der Riemenscheiben entspricht der kleinsten
möglichen Drehzahl der Riemenscheibe 62 und der Welle 46. Wenn sich die Riemenscheibe
60 in der geschlossenen und die Riemenscheibe 62 in der geöffneten
Stellung befindet, hat die Riemenscheibe 62 die größte mögliche Drehzahl.
Zwischen diesen Grenzen kann die Drehzahl der Riemenscheibe 62 stufenlos
geändert werden.
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Wenn an der Kupplungsbetätigungsstange 180 so stark gezogen
wird, daß die Kraft der Druckfeder 160
überwunden wird, werden beide Riemenscheiben
62
und 60 geschlossen, so daß der Riemen 59 entspannt wird.
Der Keilriementrieb wird dadurch außer Tätigkeit gesetzt. Das größte Ausmaß der
Entkupplungs-und Kupplungsbewegung wird im allgemeinen beim beweglichen Teller 74
der Riemenscheibe 62 auftreten, da die Drehzahlregelstange 134 den Winkelhebel
118
festhält.
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An der Getriebewelle 46 ist das innere Zentralrad 202 drehfest angebracht.
Das innere Zentralrad 202 kämmt mit den Umlauf rädern 208, die ihrerseits
mit dem äußeren Zentralrad 210 im Eingriff stehen. Die Nabe 212 des äußeren Zentralrades
210 ist an der Außenseite mit einer ringförmigen Schaltgabelrille 214 versehen,
in welche eine Schaltgabel 216 eines üblichen Schaltgestänges 218
eingreift. An ihrer Innenseite trägt die Nabe 212 Kerbzähne 220, die ein Verschieben
des äußeren Zentralrades 210 in axialer Richtung gestatten. Die Kerbzähne 220 des
äußeren Zentralrades stehen in der einen Schaltstellung nur mit Kerbzähnen 222 der
Abtriebswelle 224 des Umlaufrädergetriebes im Eingriff, während sie in der anderen
Schaltstellung sowohl in die Kerbzähne 222 als auch in Kerbzähne 226 des
inneren Zentralrades 202 eingreifen. In dieser Stellung besteht also eine direkte
Antriebsverbindung von der Getriebewelle 46 zur Abtriebswelle 224.
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Die Unilaufräder 208 sind auf Lagerzapfen 232
eines Umlauf räderträgers
240 gelagert. Die Nahe 242 des Umlaufräderträgers 240 ist frei drehbar auf der Getriebewelle
46 gelagert. Sie ist an der Außenfläche mit Kerbzähnen 246 ausgestattet, die zur
Aufnahme des axial verschiebbaren Kupplungsringes 248 dienen, in dessen äußere ringförnlige
Schaltgabelrille 250 die Schaltgabel 252 des Schaltgestänges
218 eingreift. Die S chaltgabeln 216 und 252 sind voneinander
unabhängig auf parallelen, getrennt verschiebbaren Schaltgabelstangen montiert.
Der Kupplungsring 248 hat innere Kerbzähne 254, die dauernd mit den Kerbzähnen 246
des Umlaufräderträgers 240 kämmen und zum Eingriff in die Kupplungskrauen
36 der Hohlwelle 34 gebracht werden können, wodurch eine direkte Antriebsverbindung
zwischen der Hohlwelle 34 und dem 'Unilaufräderträger 234 gebildet wird. Ferner
sind an dem Kupplungsring 248 äußere Kupplungszähne 258 angebracht, die in
innere Kupplungsklauen 260 eines gegen Drehung gesichert am Gehäuse montierten
Feststellringes 262 eingeschoben werden können. Wird der Kupplungsring 248
aus seiner dargestellten neutralen Lage mit dem Feststellring 262 zum Eingriff
gebracht, so wird der Umlaufräderträger 240 gegen Drehung festgehalten; er bewirkt
dann eine Umkehr des Drehs-inns in der Antriebsübertragung von der Getriebewelle
46 über das Umlaufrädergetriebe zur Abtriebswelle 224.
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Die Abtriebswelle 224 trägt das Zahnrad 282 des Untersetzungsgetriebes
20, das über ein Zwischenvorgelege das Differentialgetriebe 22 des Fahrzeugs antreibt.
Am Ende der Abtriebswelle 224 ist eine Bremstrommel 290 befestigt.
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Das beschriebene Getriebe ermöglicht folgende grundsätzlichen Betriebsarten:
1. Vorwärtsgang mit relativ hoher Geschwindigkeit (etwa 8 bis 22 km/h).
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Das äußere Zentralrad 210 und der Kupplungsring 248 nehmen die gezeigten
Stellungen ein, in denen das äußere Zentralrad mit dem inneren Zentralrad verriegelt
ist und der Umlaufräderträger weder mit der Hohlwelle 34 noch mit dem Feststellring
262 verbunden ist. Die Getriebewelle 46 ist dann starr mit der Abtriebswelle
224 gekuppelt, während die Hohlwelle 34 leer läuft. Das gesamte Drehmoment wird
über den Keilriemenantrieb übertragen, und die Drehzahl kann innerhalb der durch
die Verstellbarkeit der Keilriemenscheiben gegebenen Grenzen stufenlos geändert
werden.
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2. Rückwärtsgang mit etwas geringerer Geschwindigkeit (etwa
5 bis 13,5 km/h).
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Das äußere Zentralrad 210 ist nach links verschoben, so daß die Kerbzähne
220 nur mit den Kerbzähnen222 derAbtriebswelle224 im Eingriff stehen. Der Kupplungsring
248 ist nach links in die Stellung gerückt, in der er sowohl mit den Kerbzähnen
246 als auch mit den Klauen 260 des gegen Drehung fixierten Feststellringes
262 im Eingriff steht und somit den Umlaufräderträger 234 gegen Drehung festhält.
Die Hohlwelle 34 läuft wieder leer, und das gesamte Drehmornent wird wieder über
den Keilriemenantrieb übertragen, doch erfolgt nun eine Umkehr der Drehrichtung
im Umlaufrädergetriebe. Die Drehzahl ist wieder über den gesamten Verstellbereich
der Keilriemenscheiben stufenlos veränderlich.
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3. Kriechgang mit niedriger Geschwindigkeit (etwa
0 bis 8 km/h).
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Das äußere Zentralrad210 ist aus der in Fig.1 gezeigten Stellung nach
links gerückt, so daß sich die Kerbzähne 220 nur mit den Kerbzähnen 222 der Abtriebswelle
224 im Eingriff befinden. Der Kupplungsring 248 ist nach rechts in die Stellung
gerückt, in der er sich sowohl mit den Kupplungsklauen 36 der Hohlwelle 34
als auch mit den Kerbzähnen 246 im Eingriff befindet. Dadurch ist die Hohlwelle
34 starr mit dem Umlaufräderträger 234 verbunden, so daß er über den Kettentrieb
12 in Drehung versetzt wird. Gleichzeitig wird das innere Zentralrad 202 über die
Getriebewelle 46 von dem Keilriementrieb 14 angetrieben. Das äußere Zentralrad 210
wird also mit einer Drehzahl angetrieben, die von der Differenz der Drehzahlen der
beiden Antriebe 12 und 14 abhängt. Mit dieser Drehzahl wird die Abtriebswelle 224
angetrieben, die starr mit dem äußeren Zentralrad 210 gekuppelt ist.
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Das gesamte übersetzungsverhältnis R zwischen der Antriebswelle
16 und der Abtriebswelle 224 ergibt sich aus der Gleichung: R
= Ri * R2 - R 3 * R4* Darin
ist R, das übersetzungsverhältnis des Umlaufrädergetriebes, wenn das innere Zentralrad
202 feststeht und der Umlaufräderträger 234 das treibende Glied darstellt, R2 das
übersetzungsverhältnis zwischen treibendem Kettenrad 28 und getriebenem Kettenrad
30, R, das Übersetzungsverhältnis zwischen innerem Zentralrad 202 und äußerem
Zentralrad 210, R4 das übersetzungsverhältnis zwischen der treibenden
Riemenscheibe
60 und der getriebenen Riemenscheibe 62.
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Bei dem dargestellten Getriebe ist R, = 64 64 38
R2 = 28,
38
j-6 R3 j4-, und R4 ist veränderlich in den Grenzen 0,6 bis
1,67. Wenn R4 = 1,67 wird, also der Keilriementrieb so eingestellt
wird, daß die Riemenscheibe 62 und die Getriebewelle 46 die höchste Drehzahl
annehmen, wird R = 0, so daß die Abtriebswelle stillsteht. Wenn R4
= 0,6 ist, also der Keilriementrieb so eingestellt wird, daß die Riemenscheibe
62 und die Getriebewelle 46 die niedrigste Drehzahl annehmen, wird R
= 0,61. Die Drehzahl der Abtriebswelle224 ist also zwischen dem Wert Null
und dem 0,61fachen der Drehzahl der Welle 16 stufenlos veränderlich.
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Die Gleichung R = R, - R2 - R.3
- R4 läßt erkennen, däß die Drehzahl der Abtriebswelle 224 ohne weiteres
auch negativ werden kann, wenn das erste Produkt Ri"R. kleiner als das zweite Produkt
R, * R4 wird. Es ist also bei dieser Betriebsart durch geeignete Wahl der
übersetzungsverhältnisse möglich, im Kriechgang die Geschwindigkeit von dem Wert
Null aus nach beiden Richtungen zu regeln.