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Die Erfindung bezieht sich auf ein stufenlos einstellbares hydrostatisch-mechanisches
Fahrzeuggetriebe mit einer von der zentral angeordneten Antriebswelle angetriebenen
hydrostatischen Pumpe, deren Pumpenwelle zwischen der Antriebs- und der Abtriebswelle
frei drehend angeordnet ist, und mit zwei von der Pumpe mit Druckflüssigkeit beaufschlagbaren
hydrostatischen Motoren, die diametral zu der Pumpe und auf parallel zur Antriebswelle
verlaufenden Vorgelegewellen angeordnet sind, wobei die Abtriebswelle und die Vorgelegewellen
ein Mehrstufenwechselgetriebe bilden, und auf der Pumpenwelle und der Abtriebswelle
angeordnete Zahnräder mit Zahnrädern auf den Vorgelegewellen kämmen und die Zahnräderpaare
wahlweise in den Kraftfluß schaltbar sind.
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Im Gegensatz zu hydrostatischen Getrieben, bei denen die Kraftübertragung
zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle des hydrostatischen Getriebes ausschließlich
von der Bewegung der Druckflüssigkeit abhängt, erfolgt bei hydrostatisch-mechanischen
Getrieben eine Aufteilung der Kraft an der Antriebswelle in zwei Wege oder Getriebezüge,
die beide zur Abgabe der Kraft an die Abtriebswelle des hydrostatischen Getriebes
in Kombination zusammenwirken. Bei Gleichheit der Umlaufbewegung der Antriebswelle
und der Abtriebswelle in Größe und Richtung erfolgt im hydrostatischen Getriebe
kein Flüssigkeitsfluß, und die gesamte Kraft wird mechanisch übertragen. Je größer
die Abweichung vom Übersetzungsverhältnis 1 : 1 ist, um so größer wird dann
der Anteil der hydrostatisch übertragenen Kraft, aber auch die beim Fluß hydraulischer
Druckflüssigkeit entstehende Reibungskraft, die den Gesamtwirkungsgrad des hydrostatisch-mechanischen
Getriebes wesentlich verringert.
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An ein Fahrzeuggetriebe werden bekanntlich hinsichtlich des Drehmementes
und der Geschwindigkeit sehr unterschiedliche Anforderungen gestellt; so muß beispielsweise
bei einem Ackerschlepper, der ein Ackergerät, etwa einen Pflug, über das Feld zieht,
für die Arbeit ein großes Drehmoment bei geringer Geschwindigkeit verlangt werden,
doch wird vom gleichen Schlepper beim Befahren einer Straße ein vergleichsweise
niedriges Drehmoment, jedoch eine hohe Fahrzeuggeschwindigkeit gefordert. Bei Benutzung
der herkömmlichen hydrostatisch-mechanischen Getriebe mußte daher im ersten- Fall
mit sehr niedrigem Übersetzungsverhältnis (Geländegang) und im letzten Fall mit
einem hohen Übersetzungsverhältnis (Schnellgang) gearbeitet werden. In beiden Fällen
ist also der Anteil der hydrostatischen Kraftübertragung vergleichsweise hoch, was
sich aus den zuvor genannten Gründen ungünstig auf den Wirkungsgrad auswirkt.
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Es ist nun ein stufenlos einstellbares hydrostatischmechanisches Fahrzeuggetriebe
der eingangs genannten Gattung aus der französischen Patentschrift 1321351
bekanntgeworden.
Bei diesem Getriebe steht nur eine Vorgelegewelle mit der frei drehbar gelagerten
Pumpenwelle in Antriebsverbindung, und zwar auch nur über ein auf dieser Welle frei
drehbar gelagertes Ritzel. Dies stellt eine sehr einfache Lösung dar, um von der
Pumpenwelle ein Drehmoment übersetzt auf die Abtriebswelle zu übertragen, dagegen
ermöglicht die Übertragung des Drehmoments von den hydrostatischen Motoren unmittelbar
auf die Antriebswelle keine Änderung des Übersetzungsverhältnisses. Überdies sind
zwei unterschiedlich große hydrostatische Motoren vorgesehen, und die Pumpenwelle
wird mit einer solchen Übersetzung zugeschaltet, wie es bei der gegebenen Übersetzung
zwischen Pumpe und hydrostatischen Motoren am günstigsten ist. Für die Praxis befriedigt
eine solche Ausführung nicht.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Ausführung eines solchen
stufenlos einstellbaren hydrostatischmechanischen Fahrzeuggetriebes zu schaffen,
welches ermöglicht, das gesamte vom Getriebe übertragene Drehmoment durch das mechanische
Getriebe wahlweise zu verändern. Dabei soll das hydrostatische Getriebe nur in jenem
Bereich gefahren werden, in dem es einen guten Wirkungsgrad hat. Um dies zu verwirklichen,
muß das eingangs beschriebene, bekannte Getriebe eine Reihe von Änderungen erfahren.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß
je ein auf jeder Vorgelegewelle festes Zahnrad mit einem gemeinsamen, auf
der zwischen der Antriebs- und der Abtriebswelle frei drehbar gelagerten Pumpenwelle
fest angeordneten Ritzel ständig im Eingriff stehen und die Vorgelegewellen über
mehrere wahlweise einschaltbare Zahnräderpaare die Abtriebswelle antreiben können.
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Diese Lösung ermöglicht eine Kraftübertragung mit sehr gutem Wirkungsgrad
unter Beibehaltung der erwünschten Leistungsteilung, da der hydrostatische Getriebeteil
in dem Stellbereich ausgenutzt wird, indem er einen guten Wirkungsgrad hat. Vornehmlich
durch das auf der Pumpenwelle fest angeordnete Ritzel wird erreicht, daß in allen
Übersetzungsverhältnissen der Pumpe und der hydrostatischen Motoren die hydraulisch
übertragene Leistung zur Getriebeabtriebswelle reduziert und die mechanisch übertragene
Leistung entsprechend erhöht wird.
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Eine zweckmäßige Ausführung ergibt sich in weiterer Ausgestaltung
der Erfindung dann, wenn die Vorgelegewellen sowohl den den hydrostatischen Getriebeteil
aufnehmenden Gehäuseteil als auch den das Mehrstufenwechselgetriebe aufnehmenden
Teil des Getriebegehäuses durchdringen.
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In bevorzugter Ausführung ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung
auf den in dem hydrostatischen Getriebeteil liegenden Teilen der Vorgelegewellen
und auf der Antriebswelle je ein Zylinderblock fest angeordnet, in denen
ringförmig angeordnete Kolben axial verschiebbar gelagert, auf schwenkbar gelagerten
Taumelscheiben abstützbar und über hy-
draulisch beaufschlagbare Stellmotoren
einstellbar sind.
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In den Zeichnungen ist ein in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutertes Ausführungsbeispiel des hydrostatisch-mechanischen Getriebes nach der
Erfindung dargestellt. Dabei zeigt F i g. 1 einen senkrechten Längsschnitt
durch das hydrostatisch-mechanische Getriebe, die F i g. 2, 3 und
4 jeweils einen bestimmten Teil des hydrostatisch-mechanischen Getriebes in vergrößertem
Maßstab, F i g. 5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 der F i
g. 1,
F i g. 6 einen Schnitt nach der Linie 6-6 der F i
g. 1,
F i g. 7 eine schematische Darstellung des hydrostatischen Getriebeteiles
und der zugehörigen Leistungen und F i g. 8 ein Leistungsschaubild bei verschiedenen
Betriebsverhältnissen des hydrostatisch-mechanischen Getriebes.
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Das dargestellte hydrostatisch-mechanische Getriebe 10 besitzt
eine Antriebswelle 11, eine Abtriebswelle 12 und ein Getriebegehäuse
13. Letzteres besteht
aus Montagegründen aus einein Gehäuseteil
13a, einem Deckel 13b, einer Ölwanne 13c und einer Zwischenwand
13d. Alle Teile sind über nicht dargestellte Schrauben oder Bolzen fest miteinander
verbunden. In dem Getriebegehäuse 13 ist ein Ring 14 fest montiert, der aus
Herstellungsgründen zwecks Bildung von Flüssigkeitsdurchlässen einen konzentrisch
angeordneten, beispielsweise angeschweißten Außenring 14a besitzt. Weiter ist ein
kleinerer Ring 14b vorgesehen, der mit dem Ring 14 starr verbunden ist. An dem Gehäuseteil
13a ist weiterhin über nicht dargestellte Bolzen ein ringförmig gestalteter Aufspannteil
15 befestigt, der an dem Außenring 14a und einer Schulter 16 des Getriebegebäuses
13 anliegt, so wie das in den F i g. 1 und 2 zu sehen ist.
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Am Gehäuseteil 13a und der Zwischenwand 13d
ist ein ringförmig
gestalteter Plattenteil 17 vorgesehen, der aus Herstellungsgründen aus einem
äußeren Ring 17a und einem konzentrisch dazu angeordneten inneren Ring
17b besteht.
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Wie aus F i g. 1 hervorgeht, besitzt das hydrostatisch-mechanische
Getriebe 10 eine Pumpe 18, die koaxial zur Antriebswelle
11 und Abtriebswelle 12 angeordnet ist. Ferner sind zwei hydrostatische Motoren
19 und 20 vorgesehen, die um 180' versetzt zueinander angeordnet sind.
Beide hydrostatische Motoren besitzen einen identischen Aufbau. Es sei daher hier
nur der hydrostatische Motor 19 beschrieben. Der hydrostatische Motor 20
ist an seinen Bezugszeichen lediglich mit je einem Strich-Index versehen.
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Der hydrostatische Motor 19 besitzt eine drehbare Zylindertrommel
21, die auf einer Vorgelegewelle 22 befestigt ist, also an deren Drehbewegungen
zwangläufig teilnimmt. Die Zylindertrommel 21 besitzt nahe ihrem Umfang mehrere,
gleichmäßig verteilt angeordnete Zylinderbohrungen, in denen Kolben verschiebbar
gelagert sind, von denen in den F i g. 1 und 2 zwei mit 23 und 24
bezeichnet sind. Wie F i g. 2 zeigt, liegt die drehbare Zylindertrommel 21
an einer Fläche 25 des feststehenden Ringes 14 an. Letzterer besitzt sichelförmig
gestaltete Ventilschlitze 26 und 27, die über entsprechend vorgesehene
Kanäle 28 und 29 einen Durchfluß zu und von den die Kolben
23 und 24 aufnehmenden Zylinderbohrungen ermöglichen, so wie das in F i
g. 6 dargestellt ist. Die Vorgelegewelle 22 ist in Lagern 30 und
31 im Ring 14 und im Deckel 13b
des Getriebegehäuses 13 drehbar
gelagert. Zusätzlich ist die Vorgelegewelle 22 noch in einem in dem feststehenden
inneren Ring 17b vorgesehenen Lager 36
gef ührt.
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Der hydrostatische Motor 19 besitzt eine konzentrisch zur Vorgelegewelle
22 angeordnete, gegenüber letzterer nicht drehbare Taumelscheibe 32, die
über seitlich vorstehende, in F i g. 2 in gestrichelten Linien dargestellte
Bolzen 33 schwenkbar gelagert ist. Die Bolzen 33 sind dabei auf gegenüberliegende
Seiten im Getriebegehäuse 13 angeordnet. Die Taumelscheibe 32
kann
also um die Achsen der Bolzen 33 beidseitig zur Vertikalen um mehrere Winkelgrade
verschwenkt werden. Alle Kolben der Zylindertrommel 21 be- 1
sitzen jeweils
einen Gleitschuh, von denen zwei mit 34 und 35 bezeichnet sind. Jeder Gleitschuh
gleitet jeweils auf einer Fläche der Taumelscheibe 32, wie das aus den F
i g. 1, 2 und 3 hervorgeht. Wenn die Taumelscheibe 32 nicht
in ihrer Vertikal- bzw. Nullstellung steht und Druckflüssigkeit hohen Druckes dem
einen der Ventilschlitze 26 oder 27 zugeführt wird, wirkt in dem jeweils
anderen Ventilschlitz Druckflüssiakeit mit niedrigem C
Druck. Dabei übt der
mit dem Druckflüssigkeit hohen Druckes führende Ventilschlitz in Verbindung stehende
Kolben 23 eine Reaktionskraft auf die Taumelscheibe 32 aus. Da die
Taumelscheibe 32 gegenüber der Vorgelegewelle 22 undrehbar ist, wird durch
die vorerwähnte Reaktionskraft die Zylindertrommel 21 und damit die zugehörige Vorgelegewelle
22 umlaufend angetrieben.
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An dem inneren Ring 17b sind die Stellung der Taumelscheiben
steuernde hydraulisch beaufschlagbare Stellzylinder 37 und 38 fest
angeordnet, beispielsweise angeschweißt, die in einem Gehäuse 39 vorgesehen
sind und axial verschiebliche Kolben 40 und 41 aufnehmen, wie das in F i
g. 2 gezeigt ist. Der Stellzylinder 37 ist dabei zum Stellzylinder
38 um 180' versetzt angeordnet. Beide Stellzylinder erstrecken sich
quer zu den Achsen der feststehenden, die Taumelscheibe 32 tragenden Bolzen
33. Da die äußeren Enden der Kolben 40 und 41 mit Gleitschuhen 42 und 43
versehen sind, kann bei entsprechender Beaufschlagung der Stellzylinder
37 und 38 die Taumelscheibe 32
gegenüber der Senkrechten wahlweise
nach links oder rechts verstellt werden. Zu diesem Zweck besitzt der hydrostatische
Motor 19 ein in dem ringförmigen Plattenteil 17 angeordnetes Steuerventil
44 mit einem Hülsenteil 46, das in einer Bohrung 50 des Plattenteiles
17 verschieblich gelagert ist. Das Hülsenteil 46 besitzt Querkanäle 47, 48
und 49, während die Bohrung 50 Ringnuten 51, 52, 53, 54 und
55 besitzt. Dabei stehen die Ringnuten 51 und 55 mit der Ölwanne
13 c in Verbindung, während die Ringnut 52 über einen Kanal
56 und eine Ringausnehmung 58 mit dem Stellzylinder 38 und
die Ringnut 54 über einen Kanal 57
und eine Ringausnehmung 58
a mit dem Stellzylinder 37
verbunden sind. Die Ringnut 53 steht
über einen Kanal 62 mit einer Druckflüssigkeitsquelle in Verbindung, wobei
die Druckflüssigkeit entweder von einer Speisepumpe 45 oder dem hydraulischen Arbeitskreislauf
zwischen der Pumpe 18 und den hydrostatischen Motoren 19 und 20 abgeleitet
wird.
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In dem Hülsenteil 46 ist ein Steuerelement in Gestalt eines Steuerschiebers
59 verschieblich gelagert, der Umfangsnuten 60 und 61 sowie
Steuerflächen 63, 64 und 65 besitzt. In der in F i g. 2 gezeigten
Stellung befindet sich der Steuerschieber 59 in seiner Neutralstellung, da
seine Steuerfläche 64 den Querkanal 48 und die Ringnut 53 abdeckt. Da die
Umfangsnut 60
über die Ringnut 52 nur mit der zu dem Stellzylinder
38
führenden Querbohrung 66 in Verbindung steht, sind der Kanal
56, die Ringausnehmung 58 und der Stellzylinder 38 hydraulisch
gesperrt. Die gleichen Verhältnisse treten bei dem Stellzylinder 37 auf,
der über die Ringausnehmung 58 a, den Kanal 57 und eine Querbohrung
67 mit der Ringnut 54 verbunden ist.
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Wie F i g. 2 zeigt, besitzt das Hülsenteil 46 einen U-förmigen
Ansatz 68, der mit einer Kugel 69 der Taumelscheibe 32 in Gleitverbindung
steht. Dadurch wird jede Änderung in der Winkelstellung der Taumelscheibe
32 in eine entsprechende Axialbewegung des Hülsenteils umgesetzt,
d. h., letzteres registriert jede Winkelverstellung der Taumelscheibe
32. Es sei darauf hingewiesen, daß der Ansatz 68 keine Kraft auf die
Kugel 69 der Taumelscheibe 32 ausübt, sondern lediglich auf deren
jeweilige Stellung anspricht.
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Wenn der Winkel der Taumelscheibe 32 verändert werden soll,
wird der Steuerschieber 59 durch eine äußere Kraft axial verstellt, was beispielsweise
von Hand geschehen kann. Wenn die Verschiebung des
Steuerschiebers
59, ausgehend von der in F i g. 2 gezeigten Stellung, nach links erfolgt,
so gibt dessen Steuerfläche 64 den Querkanal 48 frei, so daß sich die Umfangsnut
61 über den Kanal 62 mit Druckflüssigkeit füllen kann. Dadurch
wird der Stellzylinder 37 beaufschlagt. Gleichzeitig gibt die Steuerfläche
63 den Querkanal 47 frei, so daß die Umfangsnut 60 über die Ringnut
51 mit dem Ablaß in Verbindung gelangt. Dadurch wird eine Entlüftung des
Stellzylinders 38
ermöglicht und auf diese Weise die Taumelscheibe
32
entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn verschwenkt. Bei dieser Verschwenkung
der Taumelscheibe 32 bewegt sich der Ansatz 68 und das damit verbundene
Hülsenteil 46 entsprechend nach links, bis letzteres wieder die in F i
g. 2 gezeigte, also gleiche relative Lage in bezug auf den Steuerschieber
59 einnimmt, in der beide Stellzylinder 37 und 38 erneut abgesperrt
sind, wodurch eine weitere Bewegung der Taumelscheibe 32
verhindert wird.
Die Winkelstellung der Taumelscheibe 32 ist also eine Funktion der Axialstellung
des Steuerschiebers 59. Jede Änderung in der Winkellage der Taumelscheibe
32, beispielsweise durch Leck- oder dergleichen Verluste, wird unmittelbar
auf das sich dabei entsprechend verstellende Hülsenteil 46 übertragen, wodurch die
Stellzylinder 37 oder 38 in berichtigender Weise entsprechend beaufschlagt
werden.
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Im vorliegenden Ausf ührungsbeispiel ist die Winkelverstellung der
Taumelscheibe 32 immer gleich der Winkelverstellung der Taumelscheibe
32' des hydrostatischen Motors 20. Dies ist deshalb der Fall, weil die äußeren
Enden der Steuerscheibe 59 und 59' an einem Ring 70 starr befestigt
sind. Bei einer Axialbewegung des Steuerschiebers 59 des hydrostatischen
Motors 19 wird also zwangläufig auch der Steuerschieber 59' des hydrostatischen
Motors 20 um den entsprechenden Weg verschoben. Mit anderen Worten heißt das, eine
äußere, den Ring 70 axial bewegende Kraft verstellt sowohl die Taumelscheibe
32 des hy-
drostatischen Motors 19 als auch die Taumelscheibe
32'
des hydrostatischen Motors 20, so daß das Schluckvermögen des hydrostatischen
Motors 19 immer dem des hydrostatischen Motors 20 entspricht.
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Die in den F i g. 1, 2 und 3 dargestellte Pumpe
18
besitzt eine drehbare Zylindertrommel 71, die mit der Antriebswelle
11 drehbar verbunden ist. Die Zylindertrommel 71 besitzt nahe ihrem
Umfang mehrere gleichmäßig verteilt angeordnete Zylinderbohrungen zur Aufnahme von
Kolben, von denen zwei mit 72 und 73 bezeichnet sind. Die drehbare
Zylindertrommel 71
liegt an der Fläche 25 des feststehenden Ringes
14 an. Letzterer besitzt sichelförmige Ventilschlitze 74 und 75
(F i
g. 6), die von den die Kolben 72 und 73 aufnehmenden Zylindern
in der Zylindertrommel 71 über Kanäle in den Ringen 14 und 14' einen Flüssigkeitsfluß
mit den hydrostatischen Motoren 19 und 20 erlauben, so wie das weiter unten
an Hand der F i g. 7 noch näher beschrieben wird.
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Koaxial zur Antriebswelle 11 ist eine Pumpenwelle
76
angeordnet, die in einem Lager 77 der Antriebswelle 11
und
einem Lager 78 in der Zwischenwand 13d drehbar gelagert ist. Zur Betätigung
der Kolben in der Zylindertrommel 71 ist auf der Pumpenwelle 76 eine
über Bolzen 80 drehbar gelagerte Taumelscheibe 79 vorgesehen. Letztere
ist also mit der Pumpenwelle 76
drehverbunden und kann außerdem um die quer
dazu verlaufenden Achsen der Bolzen 80 um mehrere Grad geschwenkt werden.
Hieraus ergibt sich also, daß der wirksame Hub der Kolben 72 und
73 in den Zylinderbohrungen der Zylindertrommel 71 von der relativen
Geschwindigkeit der Pumpenwelle 76 gegenüber der Antriebswelle
11 und der Winkellage der Taumelscheibe 79 abhängig ist.
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Wie aus den F i g. 1 und 2 hervorgeht, ist auf der Pumpenwelle
76 ein damit drehverbundenes, glockenförmiges Zylindergehäuse 81 angeordnet,
das im Bereich der Taumelscheibe 79 drei längs verlaufende Schlitze besitzt,
von denen einer in den F i g. 1 und 2 mit 82 bezeichnet ist. Diese
Schlitze sind im Zylindergehäuse 81 gleichmäßig verteilt angeordnet,
d. h. in Winkeln von je 120' zueinander angeordnet. In die Schlitze
82 ragt je ein axialverschiebliches Gleitstück 83
hinein, das
an dem Zylindergehäuse 81 in Drehrichtung festgelegt ist, mit dem letzterem
also umläuft. Jedes dieser Gleitstücke 83 ist mit einem nach außen vorstehenden
Kugelgelenk 84 versehen, das mit einem ringförmig gestalteten Kragen 85 in
Drehverbindung steht. Letzterer liegt konzentrisch um das Zylindergehäuse
81 und ist in axialer Richtung mit den Gleitstücken 83 verschiebbar.
Um die hierbei auftretenden Reibungskräfte zu verringern, sind Lagermetallringe
86
vorgesehen. Es sind hier deshalb drei verschiebbare Gleitstücke
83 vorgesehen, um ein Fressen des Kragens 85 zu verhindern bzw. den
dadurch bedingten Widerstand zu verringern.
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An den Gleitstücken 83 ist ein nach innen gerichteter Finger
87 vorgesehen, welcher in eine radiale Öffnung 88 im äußeren Umfang
der Taumelscheibe 79 hineinragt. Daraus folgt, daß eine Veränderung in der
Winkellage der Taumelscheibe 79 eine entsprechende Axialbewegung des Kragens
85 hervorruft. Letzterer besitzt einen ringförmigen, mit dem Kugelgelenk
84 der Gleitstücke 83 im Eingriff stehenden Vorsprung 89, dessen axiale
Bewegung dazu ausgenutzt werden kann, um die Winkellage der Taumelscheibe
79 zu verändern. Zu diesem Zweck ist die Pumpe 18 mit einem Steuerventil
90 ausgerüstet, das entsprechend den Steuerventilen 44 und 44' ausgebildet
ist. Dabei steht ein U-förmig gestalteter Ansatz mit dem ringförmigen Vorsprung
89 des Kragens 85 im Eingriff. Das Hülsenteil des Steuerventils
90 befindet sich daher immer in einer von der Winkelstellung der Taumelscheibe
79 abhälgigen Stellung.
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Ähnlich wie die hydrostatischen Motoren 19 und 20 besitzt auch
die Pumpe 18 hydraulisch beaufschlagbare, in einem Gehäuse 93 untergebrachte
Stellzylinder 91
und 92, wie aus F i g. 2 hervorgeht. Das Gehäuse
93 ist mit der Pumpenwelle 76 drehverbunden. Der Stellzylinder
91 ist gegenüber dem Stellzylinder 92 um 180' versetzt, wobei
deren Achsen senkrecht zu der Drehachse der Bolzen 80 der Taumelscheibe
79 verlaufen. Die Winkelverstellung der Taumelscheibe 79 kann durch
entsprechende Beaufschlagung der Stellzylinder 91 und 92 wahlweise
eingestellt werden. Die hydraulische Verbindung zwischen dem Stellzylinder
91 und dem Steuerventil 90 erfolgt über eine das Gehäuse
93
und die Pumpenwelle 76 durchsetzende Leitung 94, eine Wellenringnut
95 und einen damit verbundenen Kanal 96 in der Zwischenwand
13d, so wie das in gestrichelten Linien in den F i g. 2 und
5 gezeigt ist. Auf ähnliche Weise ist der Stellzylinder 92 mit dem
Steuerventil 90 verbunden, und zwar über eine Leitung 97,
eine Wellenringnut
98 in der Pumpenwelle 76 und einen Kanal 99 in der Zwischenwand
13 d. Die Taumelscheibe 79 der Pumpe ist durch das Steuerventil
90
unabhängig von den Taumelscheiben der hydrostatischen Motoren steuerbar,
die durch die Steuerventile
44 und 44' jeweils gleichzeitig beaufschlagt
werden.
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Die F i g. 1 und 4 zeigen, daß die Vorgelegewellen 22 und 22'
gemeinsam angetrieben werden. Aus herstellungstechnischen Gründen besteht jede Vorgelegewelle
aus zwei Teilen, die über miteinander im Eingriff stehende Kupplungsmuffen
100 bzw. 100' verbunden sind. Auf der Vorgelegewelle 22 sind Zahnräder
101,
102, 103, 104 und 105 und auf der Vorgelegewelle 22' Zahnräder
101', 102', lOY, 104' und 105' fest angeordnet. Die Antriebswelle
11 ist in einem Lager 107 des Gehäuseteiles 13a und einem Führungslager
108 in dem feststehenden Ring 14' drehbar gelagert. Die Abtriebswelle 12
ist über ein Lager 109 in dem feststehenden Deckel 13b und in einem
mit dem vorstehenden Endteil der Pumpenwelle 76 zusammenwirkenden Lager
110 drehbar gelagert. Auf der Pumpenwelle 76 ist ein Ritzel
101 a fest angeordnet, das - wie F i g. 4 zeigt
- mit den Zahnrädern 101 und 101' im Zahneingriff steht, so
daß die Vorgelegewellen 22 und 22' mit der Pumpenwelle 76 immer in Antriebsverbindung
stehen. Die Zahnräder 101 bis 105 sind in ihrer Größe so gewählt,
daß die Abtriebswelle 12 mit den gebräuchlichsten Geschwindigkeiten umläuft, unter
der Voraussetzung, daß das Übersetzungsverhältnis des hydrostatischen Getriebes
1 : 1 beträgt, was dann der Fall ist, wenn die Geschwindigkeit der Pumpenwelle
76 mit der der Antriebswelle 11 gleich ist. Die Zahnräder
101' bis 105' besitzen eine den Zahnrädern 101 bis
105 entsprechende Größe, so daß die Geschwindigkeiten der Vorgelegewelle
22 und der Vorgelegewelle 22' immer gleich sind.
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Auf der Abtriebswelle 12 sitzen drehbar Ritzel 102a, 103a, 104a
und 105a. Das Ritzel 102a steht im Zahneingriff mit den Zahnrädern 102 und 102',
während das Ritzel 103a mit den Zahnrädern 103 und 103' und das Ritzel
104a mit den Zahnrädern 104 und 104' zusammenwirkt. Die Zahnräder 105 und
105' sind für den Rückwärtsantrieb vorgesehen und wirken daher mit den Zwischenzahnrädern
111 und 111' zusammen. Die Zwischenzahnräder 111 und
111' sind in Lagern 112 des Deckels 13b drehbar gelagert, wie dies
für das Zwischenzahnrad 111 gezeichnet ist. Wie aus, F i g. 4 ersichtlich
und oben bereits erwähnt, steht das auf der Pumpenwelle 76 feste Ritzel
101 a immer im Zahneingriff mit den Zahnrädern 101 und 101'
der beiden Vorgelegewellen 22 und 22', wobei außerdem die auf den Vorgelegewellen
22 und 22' festen Zahnräder 102, 103, 104, 105 und 102', lOY,
104', 105' mit den Ritzeln 102a, 103a, 104a sowie über die Zwischenzahnräder
111 und 111' mit dem Ritzel 105a im Eingriff stehen. In der
in F i g. 4 gezeigten Neutralstellung besteht jedoch keine Antriebsverbindung
zu der Abtriebswelle12. Nachfolgend seien die Mittel beschrieben, durch die die
Ritzel 102a, 103a, 104a oder 105a mit der Abtriebswelle 12 getrennt voneinander
in Eingriff gebracht werden können, wodurch der Kraftzufluß von den die Abtriebswelle
12 antreibenden Vorgelegewellen 22 und 22' hergestellt wird.
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Zu diesem Zweck sind auf der Abtriebswelle 12 (F i g. 4) Kupplungen
113 und 114 vorgesehen. Die Kupplung 113 besitzt eine auf der Abtriebswelle
12 drehfeste, aber axial verschiebliche Schaltklauenmuffe 115, die beidseitig
mit Schaltklauen 116 und 117 und einer mittleren Schaltnut
118 versehen ist. Mit letzterer steht eine verschiebbare Schaltgabel
119 in Gleitverbindung. Das Ritzel 102a besitzt einen Klauenkranz
102b mit Gegenklauen 102e, in die die Schaltklauen 116 der Schaltklauenmuffe
115 in Eingriff gebracht werden können. Entsprechend besitzt das Ritzel 103a
einen Klauenkranz 103b mit Gegenklauen 103c, mit denen die Schaltklauen
117 der Schaltklauenmuffe 115 zum Eingriff gebracht werden können.
Wenn die Schaltgabel 119 in F i g. 4 nach links verschoben wird, gelangen
die Schaltklauen 116
mit den Gegenklauen 102 c in Eingriff, wodurch
die Vorgelegewellen 22 und 22' mit der Abtriebswelle 12 in Antriebsverbindung gelangen,
und zwar über die Zahnräder 102 und 102', das Ritzel 102a, den zugehörigen Klauenkranz
102b und die Schaltklauenmuffe 115. Wird die Schaltgabel
119 nach rechts verschoben, gelangen die Vorgelegewellen 22 und 22' gleichfalls
in Antriebsverbindung mit der Abtriebswelle 12, und zwar über die Zahnräder
103 und lOY, das Ritzel 103a, den zugehörigen Klauenkranz 103b
und
die Schaltklauenmuffe 115. Das Übersetzungsverhältnis ist unterschiedlich,
wenn das Ritzel 102a einerseits oder das Ritzel 103a mit der Schaltklauenmuffe
115 andererseits verbunden ist. Die Kupplung 114 besitzt einen der Kupplung
113 entsprechenden Aufbau. Wesentlich ist, daß jeweils nur eine der Kupplungen
113 oder 114 in Eingriff gebracht werden kann. Da die Zahnräder 102,
103 und 104 bzw. 102', 103'
und 104' verschieden groß im Durchmesser
sind, ergeben sich in der Vorwärtsrichtung zwischen der Vorgelegewelle 22 und der
Abtriebswelle 12 drei entsprechende Übersetzungsverhältnisse und ein weiteres Übersetzungsverhältnis
in Rückwärtsrichtung, wenn das Ritzel 105a mit der Abtriebswelle verbunden wird.
Sowohl die Kupplungen 113 und 114 als auch das vorbeschriebene gesamte Mehrstufenwechselgetriebe
106
sind herkömmlicher Bauart.
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Es sei bemerkt, daß die Pumpe 18, die hydrostatischen Motoren
19 und 20, die Speisepumpe 45, die Steuerventile 44, 44' und 90, das
Mehrstufenwechselgetriebe 106, Ölsieb 120 und Ölfilter 121 als getrennte
Baueinheiten für sich genommen keine Merkmale der Erfindung darstellen.
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Bei dem in F i g. 7 dargestellten Hydraulikkreislauf sei zunächst
angenommen, daß die Taumelscheibe 79
der Pumpe und die Taumelscheiben
32 und 32' der hydrostatischen Motoren sich in Vertikalstellung (Fördermenge
und Schluckvermögen gleich Null) befinden, so daß keine Wechselwirkung auf die Kolben
23, 23', 24, 24', 72 und 73 ausgeübt wird. In diesem Zustand
wird von der Antriebswelle 11 keine Kraft an die Abtriebswelle 12 abgegeben.
Infolge der fehlenden Wechselwirkung auf die Zylinder 72 und 73 wird
der einzige Flüssigkeitsdruck im Hydraulikkreislauf von der mit der Antriebswelle
11 antriebsmäßig verbundenen Speisepumpe 45 geliefert. In F i g. 7
sind in gestrichelten Linien hydraulisch betriebene Nebenantriebe, beispielsweise
ein hydrostatischer Motor 122 und eine hydraulisch betätigte Hubeinrichtung
123
dargestellt. Diese Nebenantriebe werden durch abgezweigte Druckflüssigkeit
von dem hydrostatischen Getriebeteil betätigt und dabei durch ein Steuerventil 124
gesteuert.
-
Bei umlaufender Antriebswelle 11 saugt die Speisepumpe 45 über
das Ölsieb 120, das Ölfilter 121 und eine Leitung 125 Flüssigkeit aus der
Olwanne 13c an. Die angesaugte Flüssigkeit wird von der Auslaßseite der Pumpe unter
Druck über ein Filter 126 und gegebenenfalls einen Kühler 127 in eine
Leitung 128 gefördert. Von der Leitung 128 gelangt die Druckflüssigkeit
über Rückschlagventile 129, 130, 131 und 132 in
eine
Leitung 133. Die vorerwähnten Rückschlagventile umfassende Rückschlagventileinrichtung
ist in F i g. 2 mit 134 gekennzeichnet. Die Druckflüssigkeit in der Leitung
133 kann mittels der Steuerventile 44, 44' und 90 die Stellzylinder
37, 37', 38, 38', 91 und 92 beaufschlagen, vorausgesetzt, daß das
Steuerventil 124 geschlossen ist. Es sei erwähnt, daß in den den hydraulischen Kreislauf
bildenden Leitungen 135 und 136
kein Flüssigkeitsfluß auftritt, da
- wie oben erwähnt -
die Pumpe 18 und die hydrostatischen Motoren
19
und 20 sich in Nullstellung befinden.
-
Es sei nun angenommen, daß die Steuerventile 44, 44'und
90 derart betätigt worden sind, daß die Taumelscheiben 32, 32' und
79 die in F i g. 7 dargestellte Lage einnehmen. Die Pumpe
18 fördert nun je nach Drehrichtung der Antriebswelle 11 Druckflüssigkeit
hohen Druckes entweder in die Leitung 135 oder 136. Es sei hier angenommen,
daß die Pumpe 18 Druckflüssigkeit hohen Druckes in die Leitung
135 fördert, so daß die Leitung 136 als Rücklaufleitung dient. Dabei
schließt das Rückschlagventil 129, da der Druck der Druckflüssigkeit in der
Leitung 135 nunmehr wesentlich höher als der Druck der Druckflüssigkeit in
der von der Speisepumpe 45 kommenden Leitung 128 ist. Der Druck der Druckflüssigkeit
in der Leitung 133 ist durch das offene Rückschlagventil 130 gleich
dem Druck der Druckflüssigkeit in der Leitung 135, so daß der an den Steuerventilen
44, 44' und 90 zur Verfügung stehende Druck der Druckflüssigkeit sich entsprechend
vergrößert. Hieraus geht hervor, daß zu dieser Zeit außer einer geringen Bewegung
während der Betätigung der Steuerventile in der Leitung 133 kein Flüssigkeitsfluß
auftritt. Die Leistung der Pumpe 18 wird daher vollständig an die hydrostatischen
Motoren 19 und 20 abgegeben, die gleichmäßig beaufschlagt werden, wie das
weiter oben beschrieben ist. Durch die Beaufschlagung der hydrostatischen Motoren
19 und 20 werden die Vorgelegewellen 22 und 22' in der oben beschriebenen
Weise angetrieben. Der Widerstand des Druckflüssigkeitsflusses von der Pumpe
18 zu den hydrostatischen Motoren 19 und 20 erzeugt ein Reaktionsdrehmoment
auf die Pumpenwelle 76, die ebenfalls über das Ritzel 101a und die Zahnräder
101 und 101' mit den Vorgelegewellen 22 und 22' in Antriebsverbindung
steht. Bei entsprechender Auswahl der Kupplungen 113 oder 114 können nunmehr
die Vorgelegewellen 22 und 22' mit der Abtriebswelle 12 in Antriebsverbindung gebracht
werden, und zwar mit einem niedrigen, hohen und einem für die Rückwärtsrichtung
geeigneten Übersetzungsverhältnis angetrieben werden.
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Wenn die Taumelscheibe 79 der Pumpe 18 in die in F i
g. 7 dargestellte Winkellage und die Taumelscheiben 32 und
32' der hydrostatischen Motoien in ihre Vertikale, also Nullstellung gebracht
werden, können die hydrostatischen Motoren 19 und 20 über die Leitung
135 keine Druckflüssigkeit von der Pumpe 18 aufnehmen, noch läuft
Druckflüssigkeit über die Leitung 136 zurück. Dadurch wird eine hydraulische
Kupplung erreicht, da kein Flüssigkeitsfluß eintritt so daß die Pumpenwelle
76 mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Antriebswelle 11 angetrieben
wird, d. h., das Übersetzungsverhältnis beträgt 1 : 1. Der Antrieb
zu dem Mehrstufenwechselgetriebe 106 ist dadurch auf das von der Pumpenwelle
76 gelieferte Drehmoment beschränkt. Das Übersetzungsverhältnis zwischen
der Antriebswelle 11 und der Abtriebswelle 12 ist also eine direkte Funktion
von dem ausgewählten Übersetzungsverhältnis des Mehrstufenwechselgetriebes
106, wenn die Pumpenwelle 76 gegenüber der Antriebswelle
11
mit einem Übersetzungsverhältnis von 1 : 1 mitläuft. Wie weiter
unten beschrieben wird, können die Vorgelegewellen 22 und 22' hydraulisch mit stufenlos
verstellbarem Übersetzungsverhältnis angetrieben werden, und zwar vom Schnellgang
in einer Richtung zum Geländegang oder vom Geländegang in die entgegengesetzte Richtung
zum Schnellgang. Ein größtmöglicher Wirkungsgrad läßt sich jedoch nur dann erreichen,
wenn die Pumpenwelle 76 in direktem Antrieb mit der Antriebswelle
11 steht, da dann keine Flüssigkeitsbewegung vorhanden ist.
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Zur Betätigung der Nebenantriebe 122 oder 123
wird Druckflüssigkeit
aus der Leitung 133 benutzt. Der Rückfluß der Druckflüssigkeit erfolgt über
eine Leitung 137 zu der Leitung 128 und von dort durch das Rückschlagventil
131 zu der Rückleitung 136.
Nachfüllflüssigkeit für Leckverluste wird
von der Öl-13 c durch die Speisepumpe 45 in die Leitung 128 und von dort
über das Rückschlagventil 131 in die Rücklaufleitung 136 gefördert.
Die Speisepumpe 45 hat also zwei grundsätzliche Aufgaben zu erfüllen, nämlich einmal
die durch Leckbildung auftretenden Verluste zu erneuern und zum anderen Druckflüssigkeit
zu erzeugen, um die Taumelscheiben aus ihren Neutral-oder Vertikalstellungen zu
verstellen.
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Im gezeigten hydrostatischen Getriebeteil sind fünf Relativlagen der
Taumelscheibe 79 der Pumpe gegenüber den Taumelscheiben 32 und
32' der hydrostatischen Motoren möglich. In dem in F i g. 8 gezeigten
Schaubild stellen die konvergenten Linien die vier Übersetzungsverhältnisse des
Mehrstufenwechselgetriebes 106 dar. Auf diese Weise kann beispielsweise bei
Betätigung der Kupplung 113 und der dadurch bedingten Verbindung des Ritzels
102a mit der Abtriebst welle 12 die Linie R = 1/3 (vorwärts) dazu
benutzwerden, um die Arbeitscharakteristik des hydrostatischmechanischen Getriebes
10 für das in diesem Fall ausgewählte Übersetzungsverhältnis des Mehrstufenwechselgetriebes
106 zu bestimmen. Da das Drehmomentverhältnis umgekehrt proportional dem
Geschwindigkeitsverhältnis ist, wird bei einem negativen Wert des sich aus dem Schluckvermögen
eines hydrostatischen Motors und der Fördermenge der Pumpe ergebenden Füllungsgrad-Verhältnis
x die Abtriebswelle 12 mit einem hohen Drehmoment, jedoch mit Geschwindigkeiten
angetrieben, die unterhalb der Geschwindigkeit der Antriebswelle 11 liegen
(Geländegang). Wenn die Taumelscheiben der hydrostatischen Motoren in ihre Null-
bzw. Vertikalstellung und die Taumelscheibe der Pumpe in eine Nichtnullstellung
verschwenkt werden, so ist das Füllungsgradverhältnis x = 0. In einem
solchen Fall tritt keine Flüssigkeitsbewegung auf, vorausgesetzt, daß die für die
Nebenantriebe erforderliche Druckflüssigkeit Q = 0 ist. Dadurch wird
die Pumpenwelle 76 mit der Antriebswelle 11 hydraulisch gekuppelt,
kann mit letzterer also zusammen rotieren. Entsprechend der in F i g. 8 angegebenen
Linie R = 1/3 läuft die Abtriebswelle 12 also in der gleichen Richtung und
mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Antriebswelle 11 um, wobei das rehmomentverhältnis
gleich 1 ist.
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Wie an Hand der Linie R = 1/3 (vorwärts) in F i
g. 8 zu sehen ist, wird das Drehmomentverhältnis kleiner als 1 und
damit das Geschwindigkeitsverhältnis größer als 1 (Schnellgang), sobald der
Wert für x positiv wird. Strebt der Wert x nach 1,5, so nähert sich das
Drehmomentverhältnis
dem Wert Null und das Geschwindigkeitsverhältnis theoretisch dem Wert Unendlich.
In der Praxis werden bei diesem Geschwindigkeitsverhältnis die Reibungswerte so
hoch, daß sie gleich der von der Antriebswelle 11 gelieferten Kraft sind,
so daß keine Kraft an die Abtriebswelle abgegeben wird. Daraus folgt, daß bei der
oben erwähnten Stellung der Taumelscheiben und bei einem Füllungsgradverhältnis
x = 1,5 die Pumpe 18 nur Druckflüssigkeit zu den Nebentrieben
fördert, also keine Leistung an die Abtriebswelle 12 abgibt. Wenn x =
1,5 und Q = 0
sind, ist die Antriebswelle 11 gegen
Drehung hydraulisch gesperrt.
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Wenn sich nun der Wert x über 1,5, aber unter 3 vergrößert,
wird das Geschwindigkeitsverhältnis kleiner als -1, wodurch die Abtriebswelle
12 in umgekehrter Richtung mit Schnellganggeschwindigkeit, d. h. mit einer
größeren Geschwindigkeit als die der Antriebswelle 11, umläuft. Wenn der
Wert für x = 3 ist, ist das Geschwindigkeitsverhältnis
1: 1, aber die Abtriebswelle 12 dreht sich in Rückwärtsrichtung. Wenn x größer
als 3 ist, läuft die Abtriebswelle in Rückwärtsrichtung mit Geländeganggeschwindigkeit
um, d. h. mit Geschwindigkeiten geringer als die der Antriebswelle
11.
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Befindet sich die Taumelscheibe 79 der Pumpe in ihrer Nullstellung
und die Taumelscheiben 32 und 32'
der hydrostatischen Motoren in ihrer
Nichtnullstellung, so liefert die Pumpe 18 keine Flüssigkeit, so daß die
Antriebswelle frei umläuft. Da sich jedoch die Taumelscheiben 32 und
32' der hydrostatischen Motoren nicht in ihrer Nullstellung befinden, mithin
von den Vorgelegewellen 22 und 22' angetrieben werden können, arbeiten die hydrostatischen
Motoren 19 und 20 als Pumpen. Dies ist dann der Fall, wenn die Abtriebswelle
12 über das Mehrstufenwechselgetriebe 106
(z. B. R = 1)
von den Vorgelegewellen 22 und 22' angetrieben wird. Wird das hydrostatisch-mechanische
Getriebe 10 zum Antrieb eines Fahrzeuges benutzt, so wird die Abtriebswelle
12, sofern das Fahrzeug sich im Freilauf befindet, von letzterem angetrieben, so
daß die hydrostatischen Motoren 19 und 20 Druckflüssigkeit fördern. Da sich
die Pumpe 18 in ihrer Nullstellung befindet, nimmt sie keine von den hydrostatischen
Motoren 19 und 20 geförderte Druckflüssigkeit auf. Daher wird in den Leitungen
135 und 136 (F i g. 7) eine Druckdifferenz erzeugt. Dabei ist
eine Drosselung über ein Bremsventil 138 möglich. Wenn das Bremsventil geschlossen
ist, werden bei den vorerwähnten Stellungen der Taumelscheiben die Vorgelegewellen
22 und 22' gegen Drehung hydraulisch gesperrt, vorausgesetzt, daß auch das die Beaufschlagung
der Nebenantriebe steuernde Steuerventil 124 geschlossen ist, Dadurch wird bei der
Drosselung des durch das Bremsventil 138 strömenden Flüssigkeitsflusses die
Bremswirkung der Vorgelegewellen 22 und 22' und damit entsprechend die der Abtriebswelle
12 gesteuert, und zwar abhängig von dem ausgewählten Übersetzungsverhältnis im Mehrstufenwechselgetriebe
106. Das hydrostatisch-mechanische Getriebe 10 kann also als wirksame
steuerbare Bremse für die Abtriebswelle 12 benutzt werden, wobei die Antriebswelle
11
frei läuft.
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Sind die Taumelscheiben sowohl beider hydrostatischer Motoren
19 und 20 als auch der Pumpe 18
in ihrer Nullstellung, so laufen unabhängig
davon, ob das Mehrstufenwechselgetriebe 106 eingeschaltet oder in Leerlaufstellung
ist, die Antriebswelle und Ab-
triebswelle frei, so daß sich das hydrostatisch-mechanische
Getriebe 10 in neutraler Stellung befindet, in der keine Kraft übertragen
wird. In der Praxis ist es aus herstellungstechnischen Gründen schwierig, die Taumelscheiben
in ihre Nullstellung zu bringen. Praktisch läßt sich diese Schwierigkeit ausschalten,
wenn das Bremsventil 138 weit geöffnet wird, wodurch eine Verbindung zwischen
der Druckflüssigkeit hohen Druckes führenden Leitung und der Druckflüssigkeit niedrigen
Druckes führenden Leitung geöffnet und somit eine Kraftübertragung durch das hydrostatischmechanische
Getriebe 10 verhindert wird.