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Umlaufrädergetriebe mit Leistungsverzweigung in mechanische und hydrostatische
Zweige Die Erfindung bezieht sich auf ein Umlaufrädergetriebe mit Leistungsverzweigung
in mechanische und hydrostatische Zweige, bei welchem der Antrieb sich in drei parallel
geschaltete Umlaufrädersätze verzweigt, deren gemeinsame zweite Teile direkt und
deren dritte Teile über hydraulisch miteinander verbundene Einheiten auf die getriebene
Welle einwirken, wobei mehrere hydrostatische Einheiten mit Hilfe eines gemeinsamen
Verstellgliedes, beispielsweise einer Schalttrommel, stufenlos so verstellbar sind,
daß sie über den gesamten Verstellbereich zeitweise als Pumpe und zeitweise als
Motor laufen, nach Patent 1057 410.
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Die Erfindung bezweckt eine konstruktive Vereinfachung des Gegenstandes
des Hauptpatentes unter Beibehaltung des guten Wirkungsgrades des Getriebes nach
dem Hauptpatent.
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Die Erfindung besteht in einer vorteilhaften Kombination technischer
Mittel, nämlich darin, daß die Umlaufrädersätze und die Schalttrommel um die gemeinsame
Zentralachse der treibenden Welle und der getriebenen Welle angeordnet sind und
daß nur zwei ortsfeste, hydraulisch miteinander verbundene hydrostatische Einheiten
vorhanden sind, die durch mehrere mittels der Schalttrommel schaltbare Wechselgetriebe
abwechselnd mit den Umlaufrädersätzen derart verbunden werden können, daß je zwei
an einem Wechselgetriebe zusammentreffende Stränge bei bestimmten Gesamtuntersetzungsverhältnissendes
Getriebes infolge entsprechender Bemessung der Umlaufrädersätze und der Zahnräder
Drehzahlgleichheit der zu entkuppelnden und der zu kuppelnden Teile ergeben.
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Ein Getriebe gemäß der Erfindung ist in der Wirkungsweise ähnlich
einem bekannten stufenlos veränderbaren Getriebe mit Verzweigung der Leistung in
mechanische und hydrostatische Zweige, bei welchem die Antriebswelle auf mehrere
Umlaufrädersätze einwirkt, deren gemeinsamer zweiter Teil direkt auf die mit der
Antriebswelle koaxiale getriebene Welle wirkt, während der dritte Teil von wenigstens
zwei Umlaufrädersätzen mit je einer hydrostatischen Einheit kuppelbar ist, wobei
diese Einheiten, die miteinander hydrostatisch über Leitungen verbunden sind, mittels
Schaltvorrichtungen so verstellbar sind, daß sie über dem Verstellbereich des Gesamtbetriebes
zeitweise als Pumpe und zeitweise als Motor arbeiten. Obwohl das erfindungsgemäße
Getriebe einen zusätzlichen Umlaufrädersatz benötigt, wird erfindungsgemäß durch
die bauliche Anordnung der Umlaufrädersätze und der Schalttrommel um die gemeinsame
Zentralachse und durch die Verbindung der Schalteinrichtungen des hydraulischen
Getriebes mit der Schaltung der Wechselräder eine geringere räumliche Ausdehnung
und ein, im ganzen gesehen, einfacherer Aufbau erzielt. Hierfür ist von besonderer
Bedeutung, daß es sich bei dem zusätzlichen erfindungsgemäßen Umlaufrädersatz um
einen solchen mit raumfesten Achsen handelt, welcher also als Standgetriebe ausgebildet
ist. Durch die Anordnung mehrerer Umlaufrädersätze ergeben sich ferner eine bessere
Kraftverteilung auf mehrere Zahnrädereingriffe und geringere bauliche Abmessungen.
Schließlich ist bei der erfindungsgemäßen Lösung die Schalttrommel zentrisch auf
der Zentralachse angeordnet.
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In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch das Getriebe,
Fig.2 die Kurve des Anteils der hydraulischen Leistung NH über dem Verstellbereich
i,
Fig. 3 die Kurve der Hubvolumina V der zwei hydraulischen Einheiten über
dem Verstellbereich i, wobei P die Arbeitsweise einer hydraulischen Einheit als
Pumpe und M die Arbeitsweise einer hydraulischen Einheit als Motor bezeichnet.
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Fig. 4 die Taumelscheiben-Drehzahlkurven nT über dem Verstellbereich
i, wobei der eine Drehsinn (-I-) über Null-Linie und der andere Drehsinn (-) unter
der Null-Linie aufgetragen ist, Fig. 5 den Leistungsfluß durch das Getriebe gemäß
Fig. 1 zwischen Punkt 80 und Punkt 81 der Kurve in Fig. 2,
Fig.
6 den Leistungsfluß durch das Getriebe gemäß Fig. 1 zwischen Punkt 81 und
Punkt 82 der Kurve in Fig. 2, Fig. 7 den Leistungsfiuß durch das Getriebe
gemäß-Fig. 1 zwischen Punkt 82 und Punkt 84 der Kurve in Fig. 2; die
Taumelscheibenstellungen in der Anfahrstellung sind hier strichpunktiert eingetragen,
und Fig. 8 ein Einzelteil der Fig. 1 in größerem Maßstab.
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Die Antriebswelle 1 trägt eine Trommel 54, an welcher ein innenverzahntes
Rad 3 befestigt ist.
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Die Abtriebswelle 2 trägt eine Trommel 55, an welcher außer einem
innenverzahnten Rad 9 noch eine Tragwand 4 befestigt ist.
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An dieser Zwischenwand 4 sitzt eine Anzahl von Achsen 5, die ebenfalls
über eine Trommel 6 a mit der Wand 6 fest verbunden sind. An der Wand 6 ist fest
angebracht eine Anzahl von Achsen 7, deren andere Enden sich über eine Wand8 auf
der Zentralwelle abstützen. Das innenverzahnte Rad 9 kämmt mit dem Ritzet 17, dessen
Welle 19 in einer feststehenden Gehäusewand 20 sitzt. Das Ritzet 17 kämmt mit einem
Zentralrad 18, das fest auf der Hohlwelle 24 sitzt, an deren anderem Ende ein Kupplungsflansch
25 befestigt ist. Umlaufräder 15 kämmen außen mit dem Zahnkranz 3 und innen mit
dem Sonnenrad 16, das auf einer Hohlwelle 23 sitzt, die an ihrem anderen Ende einen
Kupplungsflansch 26 und ein Zahnrad 27 trägt. Umlaufräder 10 sind mit je einem Umlaufrad
11 auf gemeinsamen Hohlwellen, die auf den Umlaufachsen 7 rotieren, angebracht.
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Die Umlaufräder 10 kämmen außen mit einem Zahnkranz 12 und innen mit
einem Sonnenrad 13, das fest auf der Antriebswelle 1 sitzt. Die Planetenräder 11
kämmen nur innen mit dem Sonnenrad 14, das auf der Hohlwelle 21 sitzt, die an ihrem
anderen Ende das Zahnrad 46 trägt, das im Eingriff mit Zahnrad 45 ist. Das innenverzahnte
Rad 12 sitzt auf der Hohlwelle 22, die an ihrem anderen Ende das Zahnrad 52 trägt,
das mit dem Zahnrad 51 kämmt. Auf der Taumelscheibenwelle 56 sitzt drehfest, aber
axial verschiebbar eine Kupplungshülse 44, die entweder das Zahnrad 45 oder das
Zahnrad 51 mit der Taumelscheibenwelle kuppeln kann.
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Auf der Taumelscheibenwelle 39 sitzt drehfest, aber verschiebbar die
Kupplungshülse 40, durch die das Zahnrad 28 mit der Welle 39 gekuppelt werden kann.
Fest auf der Taumelscheibenwelle 39 sitzt das Zahnrad 29, das mit dem Zahnrad 30
kämmt. Drehfest, aber axial verschiebbar sitzt auf der Hohlwelle des Zahnrades 30
eine Kupplungshülse 41. Sie kann das Zahnrad 30 entweder mit ihren Klauen 42 über
den Kupplungsflansch 26 fest .mit der Hohlwelle 23 oder mittels des Kupplungsflansches
25 und ihrer Klauen 43 fest mit der Hohlwelle 24 kuppeln. Auf der Hohlwelle 24 sitzt
eine Verstelltrommel 32, die durch den Zahnkranz 34 bzw. durch die Zahnstange 35
gedreht werden kann. Auf dem Umfang der Verstelltrommel 32 sind Nuten eingefräst,
in die Verstellstifte 31, 33 eingreifen. Der Verlauf der Nuten entspricht den Kurven
der Fig. 3. Die Volumina (Senkrecht) geben die axialen Maße der Nuten der Schalttrommel
32. Fig. 3 ist also sozusagen eine Abwickelung der Schalttrommel mit den Nuten in
vergrößertem Maßstab, so daß sich eine besondere Darstellung der Nuten erübrigt.
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Der Verstellstift 31 sitzt an einer Stellstange 36, die in die hohle
Taumelscheibenwelle 39 hineinragt und an ihrem linken Ende eine Ringnut hat (Fig.
8). Sie ist in der Wand 20 gegen Drehung gesichert. Die hohle Taumelscheibenwelle
39 hat an der Stelle, wo die Muffe 47 -sitzt, einen Schiltz 39 a, durch den ein
fest mit der Muffe 47 verbundener Stift 47 a hindurchragt - und in der Ringnut der
Stellstange 36 schleift.
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Durch axiales Verschieben der Stange 36 wird die rotierende Muffe
47 ebenfalls verschoben und bewirkt mittels der Zugstange 57 ein Verstellen der
Taumelscheibe 48. Die Stellstange 38 der anderen Taumelscheibe 53 ist abgebrochen
gezeigt und dafür die Stehstange 37, deren Stellstift 33 in eine Nut der Schalttrommel
32 greift und die die Kupplungshülse 44 betätigt, gezeichnet. Die Stellstangen
für die Kupplungshülsen 40 und 41 entsprechen der Stehstange 37, sind
aber nicht gezeichnet. Die hydraulischen Einheiten 49 und 50 sind durch Leitungen
49 a und 50 a zu einem Kreislauf vereinigt. Ihre Kolben, von denen jeweils
nur zwei, 49 b bzw. 50 b, dargestellt sind, arbeiten mit den Taumelscheiben 48 bzw.
53 zusammen.
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Fig. 2 zeigt, daß der hydraulische Leistungsanteil auf über drei Viertel
des gesamten Verstellbereiches i sehr klein ist, dazu noch in drei Punkten
80, 81 und 82 überhaupt gleich Null wird und nur in einem sehr kleinen, wenig
benutzten Fahrbereich bei Punkt 83 bis etwa 40 % ansteigt. In Punkt 84 ist die Untersetzung
unendlich, d. h., die Fahrzeuggeschwindigkeit ist gleich Null. Der Verlauf der Kurve
von Punkt 84 nach Punkt 83 zeigt den Anfahrvorgang. Dieser ist auch aus Fig. 3 und
7 zu ersehen.
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In Fig. 7 hat die Taumelscheibe 53 zuerst die gestrichelt gezeichnete
Stellung Nullhub. Bei Verstellung der Taumelscheibe in Richtung des Pfeiles beginnt
die Einheit 50 als Pumpe zu arbeiten. Der Hub wird vergrößert entsprechend der gestrichelten
Linie 89-88 der Fig. 3. Der Hub hat sein Maximum in Punkt 88 erreicht und behält
es bis Punkt 92. Der Leistungsfluß ist in Fig. 7 gestrichelt gezeichnet; er läuft
über die Zahnräder 13, 10, 12, 52 und 51 und die Kupplung 44. Durch das Umlaufrad
10 erfolgt eine Leistungsabzweigung auf den Abtrieb. Die andere hydraulische Einheit
49 arbeitet von 93, 88, 87 (Fig. 3) als Motor. Ihre Taumelscheibe 48 wird dabei
von der in Fig. 7 gestrichelt gezeichneten Stellung gegen die Nullstellung hin bewegt.
Der Verlauf dieser Kurven wird durch die in die Verstelltrommeln 32 (Fig. 1) eingefrästen
Nuten gewährleistet. Der Leistungsfluß ist in Fig. 7 strichpunktiert gezeichnet;
er läuft über die Zahnräder 29, 30, die Kupplung 41, das Zahnrad 18, 17 und 9 zum
Abtrieb 2. Aus der Fig. 4 ist der zugehörige Drehzahlverlauf der Taumelscheibe 53
der Pumpe von Punkt 98 bis 96 und der der Taumelscheibe 48 des Motors von Punkt
102 bis 101 zu ersehen. Der Verbrennungsmotor des Fahrzeuges soll immer mit konstanter
Drehzahl laufen, und damit ist im Anfahrmoment die Drehzahl der Taumelscheibe 53
der Pumpe 50 gleich der Strecke 102-98 in Fig. 4. Da die Taumelscheibe 53 (Fig.
7) dabei die gestrichelte Nullhubstellung hat, kann keine Leistung durch das Getriebe
fließen. Erst wenn die Taumelscheibe 53 nach rechts in Fig. 7 zum Ausschlag gebracht
wird, beginnt das Anfahren. Der Anfahrvorgang ist im Punkt 83 (Fig. 2) beendet.
Trotzdem nimmt die Fahrzeuggeschwindigkeit von Punkt 83 nach 82 weiter zu, da entsprechend
Fig. 3 das Hubvolumen des Motors 49 von 88 auf 87 bis
auf Null verkleinert
wird. Weil das Hubvolumen der Pumpe 50 von 88 nach 92 konstant
bleibt, muß also der Motor 49 und damit das Fahrzeug immer schneller fahren.
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In Punkt 87 der Fig. 3 ist das Hubvolumen des Motors 49 Null geworden,
d. h., die Taumelscheibe 48 in Fig. 7 ist in Nullstellung, während ihre Drehzahl
ein Maximum im Punkt 101 (Fig. 4) erreicht hat. Genau die gleiche Drehzahl
hat jetzt auch das Sonnenrad 16 und damit der Kupplungsflansch
26.
Die Abmessungen des Umlaufrädersatzes 3, 15, 16 sind so bemessen, daß
bei diesem Drehzahlverhältnis von Antriebswelle 1 zur Abtriebswelle 2 dies der Fall
ist. Es kann deshalb die Kupplungshülse 41 bequem von der Stellung der Fig.
7 in die der Fig. 6 gebracht werden, d. h., ihre Klauen 42 kommen jetzt in
Eingriff mit dem Kupplungsflansch 26, und der Leistungsfluß erfolgt entsprechend
den gestrichelten Linien in Fig. 6 von der Antriebswelle 1 über die Zahnräder 3,
15, 16, die Kupplung 41 und die Zahnräder 30 und 29; und zwar arbeitet die durch
das Zahnrad 29 angetriebene hydraulische Einheit 49 von Punkt 101 (Fig. 4) an als
Pumpe, nämlich deshalb, weil die andere hydraulische Einheit 50 im Punkt
96 der Fig. 4 ihren Drehsinn durch Null hindurch gewechselt hat. Dieser Drehsinnwechsel
ergibt sich dadurch, daß die Abmessungen des Umlaufrädersatzes 13, 10, 12
so bemessen sind, daß bei diesem Drehzahlverhältnis von der Antriebswelle 1 zur
Abtriebswelle 2 die Drehzahl des Zahnkranzes 12 durch Null hindurchgeht.
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Gemäß Fig. 6 arbeitet die hydraulische Einheit 50 als Motor und die
hydraulische Einheit 49 als Pumpe. Die Umschaltung der Kupplung 41 erfolgt so, daß
ihre Klauen 43 außer Eingriff mit dem Kupplungsflansch 25 und ihre Klauen 42 in
Eingriff mit dem Kupplungsflansch 26 gebracht werden. Dies geschieht durch entsprechend
in die Schalttrommel 32 eingefräste Nuten.
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Zur weiteren Drehzahlsteigerung des Fahrzeuges wird nun das Hubvolumen
der Pumpe 49 entsprechend 87, 86 der Fig. 3 vergrößert und das des Motors
50 entsprechend 92, 91 verkleinert. Im Punkt 100 der Fig. 4 wird die
Drehzahl der Pumpe 49 gleich Null durch entsprechende Bemessung des Umlaufrädersatzes
3, 15, 16 bei diesem Drehzahlverhältnis der Antriebswelle 1 zur Abtriebswelle 2.
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Wenn das Zentralrad 16 jetzt stillsteht, ist auch das Zahnrad
28 in Ruhe, und die Kupplung 40 kann bequem mit ihren Klauen in das
Zahnrad 28 hineingeschoben werden, während gleichzeitig die Kupplung 41 in die in
Fig. 1 gezeigte Leerlaufstellung gebracht werden kann. Durch den im Punkt 100 der
Fig.4 gezeigten Drehzahlwechsel arbeitet also jetzt die hydraulische Einheit 49
wieder als Motor und entsprechend die hydraulische Einheit 50 wieder als Pumpe,(Fig.
5).
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Es ist dabei im Punkt 91 der Fig. 3 die Taumelscheibe 53 in Nullstellung,
während ihre Drehzahl ein Maximum hat (Punkt 95 der Fig. 4). Die Abmessungen des
Umlaufrädersatzes 13, 10, 11, 14 und des Vorgeleges 46, 45 sind' so bemessen,
daß bei diesem Drehzahlverhältnis der Antriebswelle 1 zur Abtriebswelle
2 die Drehzahl des Zahnrades 45 genau gleich der Drehzahl der Taumelscheibe
53 ist. Die Klauenkupplung 44 kann also bequem mit dem Zahnrad 45 gekuppelt werden
(s. Fig. 5).
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Gemäß Fig. 3 arbeitet von Punkt 91 bis 90 die hydraulische Einheit
50 als Pumpe und die hydraulische Einheit 49 von Punkt 86 bis 85 als Motor. Im Punkt
85 ist die Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeuges erreicht.
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In genau umgekehrter Weise kann das. Zurückschalten erfolgen durch
Rückwärtsdrehen der Schalttrommel 32.
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Die Betätigung der Kupplungen kann auch ganz selbsttätig durch Überholkupplungen
od. dgl. erfolgen.