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Regelgetriebe mit hoher Übersetzungp insbesondere für Nutzfahrzeuge,
wie z.B. landwirtschaftliche Zugmaschinen od.dergl. tt Die Erfindung betrifft ein
Regelgetriebe mit hoher Übersetzung, insbesondere für Nutzfahrzeuge wie z,B. landwirtschaftliche
Zugmaschinen od.dergl., mit einem insbesondere drehzahl-konstanten Antriebsmotorg
der mit dem Antriebsglied, z.B. dem Hohlrad eines leistungsteilenden Planetenrädersatzes
vom Übersetzungsverhältnis pl in Verbindung stehtg dessen Abtriebsglied, z.B, der
Träger, mit dem Reaktionsglied, z.B. der Sonnep durch einen vornehmlich hydrostatischen
Wandler vom Übersetzungsverhältnis i H sowie gegebenenfalls noch Zahnradvorgelege
vom Übersetzungsverhältnis i 49 '5 usw, verbunden ist. Bei den meisten Nutzfahrzeugen
wie z,B. bei Schleppern od.dergl. ist wegen der dort vorhandenen Kriechgänge ein
großer Übersetzungsbereich erforderlich. Dabei ist auch möglichst ein stufenloser
Übergang erwünschtp da selbst vielstufige Zahnrad-Wechselgetriebe -mit denen sich
in bekannter Weise die vorstehend genannte Forderung würde erfüllen lassen- immer
noch Abstufungen haben und in ihrem Aufbau und in ihrer Schaltung vielfach kompliziert
sind. Es ist daher bekannt, bei solchen Getriebeanordnungen stufenlose Wandler,
wie z.B. Hydrostaten, zu verwenden. Diese wiederum sind umso leichter und haltbarerg
je kleiner ihr Regelbereich istg was im Widerspruch zu der vorstehenden Forderung
steht. Außerdem haben sie einen schlechten Wirkungsgrad. Aus diesem Grunde ist es
bereits bekannt geworden7 Hydrostaten oder ähnliche Wandler in einer Leistungsverzweigung
anzuordnen.
Dies wiederum setzt aber den Regelbereich noch weiter herab.
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Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine hydrostatische
Getriebeeinheit so in ein Getriebe mit Leistungsverzweigung einzuordneng daß im
Endeffekt -trotzdem ein großer Regelbereich der Gesamtanordnung ohne Zugkraftunterbrechung
an irgend einer Stelle erreicht wird. Außerdem soll das Regelgetriebe insgesamt
einen einfachen Aufbau aus konstruktiv und fertigungstechnisch einfachen Teilen
üblicher Bauart aufweisen. Diese Aufgabe wird bei den eingangs geschilderten Getriebeanordnungen
dadurch gelöstg daß der Antriebsmotor über ein erstes Zahnradvorgelege mit dem Übersetzungsverhältnis
i 1 durch eine erste Kupplung mitleiner Vorgelegewelle kuppelbar ist, die
-den leistungsteilenden ersten Planetenrädersatz überbrückend- über ein zweites
Zahnradvorgelege mit dem Übersetzungsverhältnis i 2 den Träger eines zweiten Planetenrädersatzes
antreibt, dessen Sonne mit dem Abtrieb des ersten Planetenrädersatzes fest verbunden,
mit dem den Abtrieb bildenden Hohlrad des zweiten 21anetenrädersatzes durch eine
zweite Kupplung liu#)pelbar und durch ein drittes Zahnradvorgelege mit dem Übersetzungsverhältnis
i 3 und eine dritte Kupplung mit der Vorgelegewelle kuppelbar ist.
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Die erfindungsgemäße Ausbildung hat den Vorteil, daß sich mit einem
nur kleinen Regelbereich des Hydrostaten oder ähnlichen Wandlers -d.h. also guten
Wirkungsgrad desselben- insgesamt sehr große Übersetzungsbereiche erzielen lassen.
Dabei kann ein AntriQbsmotor mit konstanter Drehzahl verwendet werden bzw. man kann
z.B. eine Brennkraftmaschine stets im günstigsten Leistungs-bzw. Verbrauchsbereich
laufen lassen. Weiterhin läßt sich mit üblichen Teilen ein einfacher und platzsparender
Aufbau erzielen. Auch der Vorteil der Leistungsteilung bleibt voll erhalten.
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Es wird sich in fast allen Pällen darum handeln, daß die Drehzahl
des Antriebsmotors ins Langsame Übersetzt wird. Bei anderen An-CI
ordnungen
-die prinzipiell möglich sind- gelten die nachstehenden Vorschläge sinngemäß. Für
den geschilderten bevorzugten Fall schlägt die Erfindung eine derartige Wahl der
Übersetzungsverhältnisse der Zahnradvorgelege vor, daß das Produkt aus den Übersetzungsverhältnissen
1 2 und 1 3 der zweiten und dritten Zahnradvorgelege nur unwesentlich kleiner
ist als der Wert (P2 + 1) -worin P2 das Übersetzungsverhältnis des zweiten
Planetenrädersatzes darstellt- und gleich oder kleiner ist als der Quotient aus
der maximalen und der minimalen Abtriebsdrehzahl am ersten Planetenrädersatz.
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Im allgemeinen wird man am Hydrostaten einen Regelbereich von
etwa gleich der hydraulischen Übersetzung des Hydrostaten macht. Die Übersetzung
i 4 des Vorgeleges an der Pumpe dagegen soll vorteilhafterweise sehr viel kleiner
sein, d.h. möglichst unter
1
liegen. Sie -eht dann also ins Schnelle. Auf
diese Weise erreicht man am ersten Planetenrädersatz bereits eine hohe, über den
Regelbereich des Hydrostaten hinausgehende Übersetzung. Weiterhin wird erfindungsgemäß
eine derartige Auslegung der Zahnradvorgelege vorgeschlageng daß das Übersetzungsverhältnis
1
3 des dritten Zahnradvorgeleges sich zu dem Übersetzungsverhältnis i deo
erGten Zahnradvorgeleges verhält wie pl zu pl
+ 1. -
Bei einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung sind alle
drei Kupplungen als an sich bekannte Lamellenreibungskupplungen aus-;ebildet. Jedoch
ist es auch möglich -da die Kupplungen im Gleichlauf geschaltet werden- Kupplun"--en
einfacher Bauart, wie z.B. Konuskupplungen, zu verwenden.
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Die Regelung des Getriebes kann an sich von Hand erfolgen, wobei mit
ei:iem Hebel od.dergl. der Schwenkmechanismus des Hydros',aten und mit einem weiteren
Hebel die Betätigung der Kupplungen gesteuert werden kann. Die Erfindung schlägt
dabei vor, daß die Betätigungsglieder der Kupplungen gegeneinander derart verriegelt
sindg
daß jeweils nur eine Kupplung ein-, die anderen beiden dagegen ausgerückt sind.
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Dieser Gedanke kann erfindungsgemäß dahingehend weitergebildet werden,
daß der Schwenkmechanismus des Hydrostaten oder der Regel-Mechanismus ähnlicher
Wandler mit den Betätigungsorganen der Kupplung zu einer zentralen selbsttätigen
Steuerung zusammenge-, faßt ist, und daß an der Abtriebswelle des ersten und der
des zweiten Planetenrädersatzes Fliehkraftregler od.dergl. zur Auslösung der Steuerimpulse
vorgesehen sind. Auf diese Weise entsteht dann eine selbsttätige Regelung, die von
einem einzigen Regelglied z.B. in Pedalforn gesteuert werden kann. Im Prinzip erfolgt
dabei die Schaltung so, daß zunächst bei eingerückter dritter Kupplung -beide anderen
Kupplungen sind ausgerückt- der Hydrostat von seiner voll ausgeschwenkten Stellung
auf die voll eingeschwenkte Stellung zurückgenommen wird. Dies stellt gewissermaßen
den ersten Gang dnr. Dann wird die erste Kupplung eingerückt -was ohne weiteres
möglich ist- , da ihre Teile synchron laufen - und anschließend die
dritte Kupplung ausgerückt. Dies stellt jetzt gewissermaßen den zweiten Gang dar,
wobei nun der Hydrostat wieder ausgeschwenkt wird. Da infolge der ersten Kupplung
der Träger des zweiten Planetenräder-Satzes mit konstanter Drehzahl weiterläuft,
muß -bei langsamer werdender Sonne- die Abtriebsdrehzahl am Hohlrad weitelsteigen.
Bei voll ausgeschwenktem Hydrostaten bzw, beim Gleichlauf aller Teile am zweiten
Planetenrädersatz wird die 'zweite Kupplung eingerückt und anschließend die erste
Kupplung ausgerückt (3.Gang). Nun wird anschließend der Hydrostat wieder eingeschwenkt
und damit die Drehzahl an der Abtriebswelle bis zu ihrem Maximalwert weiter gesteigert,
Für den baulichen Aufbau des Getriebes bevorzugt die Erfindung eine Lösung, bei
der am ersten Planetenrädersatz das als Antrieb dienende Hohlrad auf der Abtriebeseite
durch einen Scheibenkörper mit der den Rädersatz durchsetzenden Antriebswelle verbundeng
das Sonnenrad auf dieser Antriebswelle gelagert und durch eine Hülse mit einem Zahnrad
fest verbunden ist, welches das Eingangsrad
eines die Pumpe des
Hydrostaten antreibenden Zahnradvorgeleges mit dem Übersetzungsverhältnis i 4 bildet.In
diesem Zahnradvorgelege zur Pumpe wird dann zweckmäßig ein Zwischenrad eingeschaltet,
sodaß dadurch viel größere Freiheit für die Wahl des Übersetzungsverhältnisses i
4 besteht, ohne daß der Achsabstand durch zu große Zahnräder überbrückt werden müßte.
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Weiterhin hält die Erfindung es für vorteilhaft, wenn am ersten Planetenrädersatz
der Planetenräder-#räger auf der Antriebsseite mit einem den Hädersatz gehäuseartig
einschließenden Trommelteil in Verbindung steht, welcher auf der Abtriebsseite mit
einem an der Abtriebswelle festgelegten Scheibenteil verbunden ist bzw, diesen bildete
wobei am Trommelteil oder am Scheibenteil ein Zahnrad angeordnet ist, welches das
Ausgangsrad eines vom Motor des Hydrostaten angetriebenen Zahnradvorgeleges mit
dem Übersetzungsverhältnis 1 5 bildet. Das Zahnrad kann dabei auf den Trommelteil
direkt aufgeschnitten sein. Andererseits.wäre es auch denkbart das Zahnrad auf die
Abtriebswelle aufzukeilen und zugleich als Flansch zur Befestigung des Trommelteils
zu verwenden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand
eines Schnittes (schematisch) dargestellt. Die nachstehend angegebenen Zahlenwerte
sollen dabei als Beispiel etwa den Gang einer Berechnung andeuten, Der mit konstanter
Drehzahl umlaufende Antriebsmotor 10 treibt mit seiner Welle 11 das
Hohlrad 12 eines ersten Planetenrädersatzes 2 1 an. Auf der Antriebswelle
11 ist ein Zahnrad 13 aufgekeilt, welches mit einem Zahnrad 14 das
erste Zahnradvorgelege 15 mit dem Übersetzungsverhältnis i 1 bildet.
Am Zahnrad 14 ist eine erste Kupplung K 1 angeordnet, die zu einer Vorgelegewelle
16 führt.
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Am ersten Planetenrädersatz P 1 ist ein Sonnenrad
17 auf der Antriebswelle 11 gelagert und mit einem Zahnrad
18 verbunden. Der Planetenräderträge-r 19 geht antriebsseitig in einen
Trommelteil 20 überg.welcher den ersten Planetenrädersatz 21 gehäuseartig
umfaßt und auf der Abtriebsseite desselben ein Zahnrad 21 bildet oder.mit einem
solchen verbunden ist. Vom Zahnrad 18 wird über
ein Zwischenrad
22 ein Zahnrad 23 auf der Punirenwelle 24 des hydrostatischen Wandlers
25 angetrieben. J)i e Häder 18 und 23
bilden ein Zahnraüvorgelege
mit dem 'Übersetzungsverhältnis I g i 4 Auf der 1,-Totorwelle 26 des Hydrostaten
ist ein Zahnrad 27 angeordnet, welches mit dem Zahnrad 211 kämmt und mit
ihm ein weiteres Zahnradvorgelege vom Übersetzungsverhältnis i 5 bildet.
Pulripe und 'Motor des Hydrost"lten sind in a-i. s2--ch bek'annter Weise sr)1E#-,gelbil(1-lich
zueinander angeordnet und durch die üblichen Saug- und Druckleitungen
28 miteinander verbunden.
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Das Zahnrad 21 ist auf der Abtriebswelle 29 des er.:-,ten Planetenrädersatzes
aufgekeilt bzw. es viird von ihr selbst gebildet. Auf dieser Abtriebswelle
29 ist das So--nenrad 30 eines zweiten Planetenrädersatzes 22 drehfest
angeordnet, dessen Hohlrad 31 dabei seinen Abtrieb bildet. Es umfaßt gehäu--eartig
eine zweite Kupplung K21 mit deren Hilfe Hohlrad 31 und So---lne
30 fest miteinander verbunden werden können. Dieser Gehäuseteil
32 geht in die Abtriebswelle 33 des gesamten Getriebes über bzw. ist
mit ihr fest verbunden.
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Der Planetenräderträger 34 des zweiten Planetenrädersatzes
2 2 nimmt ein Zahnrad 35 auf, welches mi +inem auf der Vorgelegewelle
16 befestigten Zahnrad 36 ein zweites Zahnradvorgelege mit dem Übersetzungsverhältnis
12 bildet. Auf der Vorgelegewelle 16 ist eine dritte Kupplung K
3 angeordnet, die zu einem Zahnrad 37 führt, das auf der Vorgelegewelle
16 lose drehbar angeordnet ist. Es greift in das Zahnrad 38 auf der
Abtriebswelle 29 ein und bildet mit ihm ein drittes Zahnradvorgelege mit
dem Überse#.zungsverhältnis i Y
Am ersten Planetenrädersabz 2 1 sei-
das fibersetzungsverhältnis pl = 3,0 vorhanden. Ferner möge der Antriebsmotor
10 eine konstante Drehzahl von n = 1000 U/Min. haben. Der Hydrostat
25 weist ein hydraulisches Übersetzungsverhältnis iH = 2,5 auf. Die
Vorgelege am Hydrostaten werden mit 1 4 = 0,6 und i 5 = 2,5 gewählt.
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Aus den bekannten Formeln für den Planetenrädersatz ergibt sich mit
den obigen Werten bei völlig eingeschwenktem Hydrostaten,
d.h. also
i H = 0 die maximale Drehzahl an der Abtriebswelle 29
des ersten Planetenrädersatzes
2 1 zu
In derselben Weise ergibt sich bei voll ausgeschwenktem Hydrostaten, d.h. also bei
voller Untersetzung desselben, die minimale Abtriebsdrehzahl an der Abtriebswelle
29 zu
Daraus ergibt sich ohne weiteres, daß mit dem ersten Planetenrädersatz
2 1 im vollen Regelbereich des Hydrostaten 25 ein Regelbereich von
vorhanden ist. Am zweiten Planetenrädersatz 2 2 sei dasselbe Über--etzungsverhältnis
P2 = -3,0 vorhanden. Für die beiden Zahnradvorgelege 2 und 3 muß nun
das Produkt der Übersetzungsverhältnisse 1 2 * i 3 = 3$6 aus dem vorstehend
errechneten Drehzahl-Verhältnis R gewählt werden.
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Im ersten Gang bei eingerückter Kupplung K 3 und ausgeschwenktem
Hydrostaten läuft mit der Abtriebsdrehzahl des ersten Planetenrädersatzes pl von
nmin = 208 U/Min auch die Sonne 30 um. Der Träger 34 am zweiten Planetenrädersatz
F 2 läuft danach mit der Drehzahl
um. Daraus ergibt sich nach den bekannten Formeln füleinen Planetenrädersatz für
die Abtriebswelle 33 bzw. das Hohlrad 31 eine
minimale
Drehzahl von
Es #"jird nunmehr der Hydrostat 25 eingeschwenkt, bis an der Abtriebswelle
29 des ersten Planetenrädersatzes 2 1 die maximale Drehzahl von nmax =
750 U/Min erreicht ist. Diese Drehzahl erreicht dann auch die Sonno
30 des zweiten Planetenrädersatzes p2@ Der Träger 34 dieses zweiten Planetenrädersatzes
22 erreicht in diesem Zustand eine Drehzahl von
Aus diesen beiden Werten ergibt sich demnach für das Hohlrad 31
und die Abtriebswelle
33 des zweiten Planetenrädersatzes 22 die maximale Abtriebsdrehzahl von:
Im ersten Gang wird also. an der Abtriebswelle 33 ein Bereich von
7967 bis zu 27,35 U/Min. überstrichen.
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Dabei ist jetzt für das zweite Vorgelege der Wert i2 = 2,12
und für das dritte Vorgelege der Wert i 3 = 1,7 gewählt worden. Die Vorgelegewelle
läuft nun in diesem Zustand mit einer Drehzahl von
um. Daraus ergibt sich das erste Zahnradvorgelege zu
In diesem Zustand wird jetzt die Kupplung K 1 eingerückt und anschließend
die
Kupplung K 3 ausgerückt. Der nit konstanter Drehzahl umlaufende Antriebsmotor
10 hält jetzt am Träger 34 des zweiten Planetenrädersatzes P 2 die soeben
erreichte konstante Drehzahl von 208 U/T,--,Iin. aufrecht. Jetzt wird der
Hydrostat 25
wieder ausgeschwenkt, sodaß die Abtriebsdrehzahl an der Abtriebswelle
29 des ersten Planetenrädersatzes 2 1 und damit auch die Drehzahl der Sonne
30 auf die minimale Abtriebsdrehzahl am ersten Planetenrädersatz von
208 U/Min. ab#"efallen ist. Dabei wird das Hohlrad 31 in seiner Drehzahl
ebenfalls auf 208 U/I.,Iin. gesteigert, da ja nun alle drei Glieder des Planetenrädersatzes
P2 Mit derselben Drehzahl umlaufen. 11it dem z,.,ieiten Gang wird also ein Drehzahlbereich
von 27,35 bis zu 208 U/Min. überstrichen.
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Nunmehr wird die Kupplung K 2 eingerückt und die Kui)plung K
1 anschließend ausgerückt. Der zweite Planetenrädersatz F 2 bleibt
damit in sich gesperrt. Am ersten Planetenrädersatz wird nun durch ein Schwenken
des Hydrostaten Wieder die maximale Abtriebsdrehzahl von 750 U/Min. eingeregelt,
die dann auch an der Abtriebswelle 33 auftritt. Mit dem dritten Gang wird
damit ein Drehzahlbereich von 208 bis zu 750 U/Min. überstrichen.
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Das Gesamt-Übersetzungsverhältnis wird also demnach