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Hydrostatisch-mechanisches Getriebe für Fahrzeuge, insbesondere für
Kraftfahrzeuge Die Erfindung betrifft ein hydrostatisch-mechanisches Getriebe für
Fahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bei dem auf der Achse der koaxialen
Antriebs- und Abtriebswelle ein leistungsteilendes Planetenrädergetriebe angeordnet
ist, von dem ein erstes Glied über einen Scheibenteil mit der Antriebswelle, ein
zweites Glied mit der Abtriebswelle und ein drittes Glied mit einem auf der Antriebswelle
vor dem Planetenrädergetriebe drehbar angeordneten Zahnrad verbunden ist, das eine
parallel zur Achse der An- und Abtriebswelle vorgesehene Axialkolbenpumpe über ein
mit ihm kämmendes Zahnrad antreibt, wobei von der Axialkolbenpumpe ein eine zur
Welle der Axialkolbenpumpe koaxiale Welle aufweisender Axialkolbenmotor beaufschlagbar
ist, der über ein auf seiner Welle angeordnetes Zahnrad ein hinter dem Planetenrädergetriebe
auf der Antriebswelle angeordnetes Zahnrad antreibt.
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Ein Fahrzeugantrieb der obenerwähnten Art ist bereits bekannt. Dabei
steht die Antriebswelle mit dem Planetenräderträger in Verbindung, was verhältnismäßig
hohe Zahndrücke im Planetenrädergetriebe ergibt. Letzteres ist zudem noch mit Doppelplanetenrädern
ausgerüstet und infolgedessen kompliziert und groß im Aufbau. Und schließlich liegen
dort die Axialkolbenaggregate völlig zwischen den Zahnrädern, welche sie mit An-
und Abtriebswelle verbinden, so daß relativ lange Hohlwellen auf den letzteren nötig
sind, um die Zahnräder mit dem Planetenrädergetriebe zu verbinden. Das gesamte Getriebe
ist infolgedessen sehr groß und nimmt viel Platz in Anspruch.
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Weiterhin ist ein Getriebe bekannt, bei dem die einander zugekehrten
Triebflansche der beiden Axialkolbenaggregate durch ein dazwischenliegendes Axiallager
gegeneinander abgestützt sind. Beiderseits dieses Axiallagers ist je ein Zahnrad
angeordnet, deren ersteres mit einem Zahnrad der Antriebswelle und deren anderes
durch ein Zwischenrad mit dem Planetenräderträger eines Planetenrädergetriebes zusammenwirkt.
Letzteres liegt auf der Abtriebsseite außerhalb der erwähnten Zahnräder. Hierdurch
wird wiederum viel Platz benötigt. Außerdem ist dort die Antriebswelle mit dem Sonnenrad
des Planetenrädergetriebes verbunden, was noch höhere Zahndrücke ergibt. Bei andersgearteten
hydrostatischen Antrieben sind auch Planetenrädergetriebe auf der Antriebsseite
bekannt, jedoch sind diese koaxial zu den Axialkolbenmaschinen angeordnet.
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Die Erfindung hat eine Verbesserung der bekannten Fahrzeuggetriebe
im Aufbau zur Aufgabe und erstrebt insbesondere eine Verkleinerung der Getriebe
sowie eine Herabsetzung der Zahndrücke im Planetenrädergetriebe.
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Sie löst diese Aufgabe bei den eingangs erwähnten Getrieben dadurch,
daß der von der Antriebswelle gebildete oder mit ihr verbundene Scheibenteil mit
dem Ringrad des Planetenrädergetriebes verbunden ist, dessen Sonnenrad mit einem
gleichachsigen auf der Antriebswelle lagernden Ritzel gekuppelt ist, das über ein
Zwischenzahnrad das auf der Welle der Axialkolbenpumpe befestigte Zahnrad antreibt,
das in an sich bekannter Weise unmittelbar neben einem wie bekannt zwischen den
beiden einander zugekehrten Triebflanschen der Axialkolbenpumpe und des Axialkolbenmotors
zum gegenseitigen Abstützen vorgesehenen Axiallager angeordnet ist.
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Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung wird ohne zusätzlichen Bauaufwand
eine wesentliche Herabsetzung der Zahndrücke im Planetenrädergetriebe durch den
Antrieb mittels des Ringrades erreicht. Ferner wird durch das Zwischenrad jede gewünschte
Drehzahlanpassung möglich. Und schließlich kann. das Planetenrädergetriebe zwischen
den zu den Axialkolbenmaschinen führenden Zahnrädern, also gewissermaßen neben dem
Axiallager liegen, was eine kürzere Baulänge des Gesamtaggregates ergibt. Das erfindungsgemäße
hydrostatisch-mechanische Getriebe hat also gegenüber dem Bekannten einen gedrängteren
Aufbau, und zugleich werden die von den hydrostatischen Einheiten herrührenden Axialkräfte
wirkungsvoll gegenseitig abgestützt.
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In erster Linie ist bei der Erfindung an eine Ausführung mit je einer
Axialkolbenpumpe und einem Axialkolbenmotor gedacht, was aber die Verwendung mehrerer
Aggregate nicht ausschließt. Bei einer Ausführungsform nach der Erfindung ist der
Scheibenteil auf der Abtriebsseite des Planetenrädergetriebes vorgesehen und der
Planetenräderträger auf der Antriebsseite
scheibenartig nach außen
bis zu einem das Ringrad übergreifenden Trommelteil geführt, der seinerseits auf
der dem Abtrieb zugewandten Seite des Scheibenteils mit der Abtriebswelle durch
eine Scheibe od. dgl. in Verbindung steht. Der Trommelteil oder die von ihm zur
Abtriebswelle führende Scheibe nimmt zugleich das Ritzel zum Eingriff in das dem
Axialkolbenmotor zugeordnete Zahnrad auf bzw. sie bildet es.
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Dabei ergeben sich vorteilhafte Möglichkeiten zur Anordnung einer
Bremse an der Axialkolbenpumpe bzw. einer Kupplung am Axialkolbenmotor, wie es in
der Detailbeschreibung näher erläutert ist. Die gleichzeitige Anwendung dieser Maßnahmen
bei einem Getriebe anderer Art ist bereits Gegenstand eines älteren Patentes, jedoch
hat dieses Getriebe sonst keine Berührungspunkte mit dem erfindungsgemäßen Vorschlag.
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Bei dem erfindungsgemäßen Getriebe ist das auf der Welle des Axialkolbenmotors
angeordnete Zahnrad durch eine an sich bekannte Lamellenreibungskupplung mit der
den Triebflansch des Axialkolbenmotors tragenden Welle kuppelbar. Ferner nimmt das
die Axialkolbenpumpe antreibende Zahnrad auf seiner dem Axiallager abgewandten Seite
zugleich eine Bremstrommel für eine an sich bekannte Bandbremse auf, oder es bildet
eine solche. Dadurch wird das gesamte Antriebsaggregat noch kompakter. Natürlich
kann die Bremstrommel auch innen, d. h. auf der dem Axiallager zugewandten Seite,
liegen.
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In den Zeichnungen sind in der Beschreibung näher erläuterte Ausführungsbeispiele
des hydrostatisch-mechanischen Getriebes nach der Erfindung dargestellt, und zwar
zeigen F i g. 1 und 2 zwei verschiedene Ausführungsformen im Schema und teilweise
im Schnitt.
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Nach F i g. 1 besteht das hydrostatisch-mechanische Getriebe aus einem
leistungsteilenden Planetenrädergetriebe 10, einer Axialkolbenpumpe 11 und einem
Axialkolbenmotor 12. Letztere können beliebiger Bauart sein. Bevorzugt wird jedoch
die Ausführungsform mit schwenkbaren Zylindertrommeln. Die Axialkolbenpumpe und
der Axialkolbenmotor stehen durch die üblichen - nicht dargestellten -Saug- und
Druckleitungen und die dazugehörigen Steuerorgane miteinander in Verbindung.
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Die Antriebswelle 13 treibt durch einen mit ihr verbundenen bzw. von
ihr gebildeten Scheibenteil 14 eine Außentrommel mit dem Ringrad 15 des Planetenrädergetriebes
10 an. Der Scheibenteil 14 an der Antriebswelle 13 ist der Abtriebsseite
zugekehrt. Der Planetenräderträger 16, auf dem mindestens ein Planetenrad 17 drehbar
angeordnet ist, ist auf der Antriebsseite nach außen geführt und geht in einen Trommelteil
18 über bzw. ist mit diesem verbunden, der seinerseits durch eine unmittelbar neben
dem Scheibenteil 14 liegende weitere Scheibe 19 mit der Abtriebswelle 20 verbunden
ist.
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Das Sonnenrad 21 ist mit einem Ritzel 22 aus einem Stück gefertigt
oder mit ihm drehfest verbunden. Diese beiden Zahnräder sind auf der Antriebswelle
13 drehbar, aber axial unverschieblich gelagert. Vom Ritzel 22 wird über ein Zwischenzahnrad
23 ein Zahnrad 24 angetrieben, das am Triebflansch der Axialkolbenpumpe 11 liegt
oder sogar von diesem gebildet werden kann.
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Auf der Abtriebswelle 20 ist ein Ritzel 25 befestigt bzw. wird von
ihr gebildet, das mit einem Zahnrad 26 über ein Zwischenzahnrad 27 ständig im Eingriff
steht. Das Zahnrad 26 wird vom Axialkolbenmotor 12 angetrieben. Es entspricht gegebenenfalls
hinsichtlich Lage und Ausbildung dem vorher beschriebenen Zahnrad 24.
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Die Axialkolbenpumpe 11 und der Axialkolbenmotor 12 sind mit ihren
Triebflanschen 28 und 29 einander zugekehrt. Zwischen beiden liegt ein Axiallager
30, mit dem die Axialkolbenpumpe und der Axialkolbenmotor gegeneinander abgestützt
sind. Beiderseits des Axiallagers 30 unmittelbar neben den Triebflanschen sind die
Zahnräder 26 und 24 angeordnet. Die nicht dargestellte Radiallagerung erfolgt
derart, daß eines dieser Radiallager zugleich auch noch die axiale tlberschußkomponente
- herrührend vom ungleichen Schwenkwinkel der Axialkolbenpumpe 11 und des Axialkolbenmotors
12 oder von ungleich wirkenden Zylinderzahlen in beiden -aufnehmen kann. So kann
z. B. ein Radiallager als Rollen-, das andere als Kugellager ausgebildet sein. Die
Zwischenzahnräder 23 und 27 sind in dem nicht näher dargestellten Getriebegehäuse
31 gelagert.
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Das beschriebene hydrostatisch-mechanische Getriebe wirkt beim Anfahren
und bei entsprechender Drehmomentwandlung unter Leistungsteilung, d. h., ein Zweig
wird mechanisch durch das Planetenrädergetriebe 10 auf die Abtriebswelle 20 und
ein anderer Zweig über den stufenlos regelbaren, hydraulischen Antrieb
11, 12 übertragen. Im direkten Gang steht der Axialkolbenmotor 12 in seiner
Nullage, d. h., er nimmt keine Druckflüssigkeit auf. Die Axialkolbenpumpe 11 kann
deshalb nicht fördern und hält das Sonnenrad 21 fest. Dabei läuft also die Abtriebswelle
20 und der Axialkolbenmotor 12 nur mit der übersetzung ins Langsame des Planetenrädergetriebes
10
um. Der Axialkolbenmotor wird dadurch geschont.
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Da die Antriebswelle 13 das Drehmoment auf das Ringrad 15 leitet,
sind im Planetenrädergetriebe 10 die Zahndrücke nur gering. Beim Anfahren - d. h.
stehender Abtriebswelle 20 - wird zwar die Axialkolbenpumpe 11 entsprechend dem
übersetzungsverhältnis des Planetenrädersatzes 10 mit erhöhter Drehzahl angetrieben,
jedoch ist dies praktisch ohne große Bedeutung, da dieser Anfahrzustand nur kurzzeitig
auftritt und die Pumpendrehzahl rasch sinkt, sobald der Abtrieb schneller läuft.
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Das Planetenrädergetriebe 10 ist zwischen den beiden Zahnrädern 26
und 24, d. h. also an einer dem Axiallager 30 entsprechenden Stelle, angeordnet.
Die beiden Zahnräder 24 und 26 liegen unmittelbar neben dem Axiallager 30, und der
für letzteres benötigte Platz ist in Wirklichkeit nicht so groß, wie es in der Zeichnung
den Anschein hat.
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Die F i g. 2 zeigt ein hydrostatisch-mechanisches Getriebe mit demselben
prinzipiellen Aufbau. Der Triebflansch 28 der Axialkolbenpumpe 11 nimmt mit einem
Nabenteil 32 drehbar eine Nabe 33 auf, die am Zahnrad 26 befestigt ist bzw. von
diesem gebildet wird. Im Körper des Zahnrades 26 befindet sich eine ausrückbare
Lamellenreibungskupplung 34. Durch diese Lamellenreibungskupplung kann der
Triebflansch 29 des Axialkolbenmotors 12 vom Zahnrad 26 getrennt bzw. mit diesem
verbunden werden. Letzteres muß stets der Fall sein, solange der hydraulische Leistungszweig
ein Drehmoment überträgt. Ist dies im direkten Gang jedoch nicht der Fall, so wird
die Lamellenreibungskupplung 34 gelöst. Der Axialkolbenmotor
12,
der sich in seiner Nullage befindet, bleibt stehen und unterliegt keiner Abnutzung.
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Am Zahnrad 24 ist auf der dem Axiallager 30 abgewandten Seite eine
Bremstrommel 35 befestigt, bzw. sie wird von ihm gebildet für eine Bandbremse
36. Diese wird im direkten Gang angezogen. Dann ist das Sonnenrad 21 - das nunmehr
als Reaktionsglied dient - nicht mehr hydraulisch, sondern mechanisch durch die
Bandbremse 36 undrehbar festgelegt. Dabei wird der hydraulische Kreislauf geöffnet,
so daß eine Druckentlastung stattfindet und jeder Leckverlust unmöglich gemacht
wird.
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Am Planetenrädergetriebe 10 ist der äußere Trommelteil 18 auf der
Abtriebsseite etwas nach innen gezogen und bildet zugleich das Ritzel25, das in
ständigem Eingriff mit dem Zahnrad 26 steht. Wenn die Übersetzungsverhältnisse es
zulassen, kann auf dem Trommelteil 18 auch unmittelbar die Verzahnung zum
Eingriff des Zahnrades 26 aufgeschnitten sein.
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Das Zahnrad 24 hat einen Nabenteil 37, auf dem ein Kugellager 38 als
Radiallager angeordnet ist. Auf der anderen Seite ist der Triebflansch 29 oder das
Zahnrad 26 durch ein Rollenlager 39 im Getriebegehäuse gelagert. Das Kugellager
38 nimmt die überschußkomponente des Axialschubes auf, die aus einem ungleichen
Schwenkwinkel oder von ungleicher Druckverteilung an den Axialkolbeneinheiten 11
und 12 herrühren. Ist diese überschußkomponente z. B. nach rechts gerichtet, so
drückt der Triebflansch 28 über die Nabe 37 und das Kugellager 38 auf das Getriebegehäuse
31. In umgekehrter Richtung drückt der Triebflansch 29 und das Zahnrad 26 über das
Axiallager 30, das Zahnrad 24, die Nabe 37 und das Kugellager 38 ebenfalls auf das
Getriebegehäuse 31.