DE2816777C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Getriebeanordnung mit einer Antriebswelle, einem ersten Planetengetriebe für Langsamlauf und einem zweiten Planetengetriebe für Schnell­ lauf nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Diese Konstruktion ist aus der deutschen Patentschrift DE-PS 25 02 309 bekannt und so gestaltet, daß zwei Kupplungen Anwendung finden, wobei sich außerdem durch die besondere Ausführungsform unter Verwendung von Hilfspumpen ein großer baulicher Aufwand ergibt.

Zum Stand der Technik zählt weiterhin eine Planetengetriebe­ anordnung mit einer in der Drehgeschwindigkeit veränderlichen Steuerwelle (DE-OS 22 57 261). Bei dieser bekannten Kon­ struktion findet eine Schiebewelle Anwendung, welche durch eine Kolbenzylindereinheit axial verschoben werden kann. Bei dieser Getriebeanordnung finden jedoch kein Planetenge­ triebe für Langsamlauf und Planetengetriebe für Schnellauf Anwendung, welche koaxial hintereinander angeordnet sind.

Zum Stand der Technik zählen außerdem hydraulische Regel­ vorrichtungen mit Pumpe und Motor (US-PS 35 97 997) sowie Schaltgetriebe (US-PS 9 19 576). Die bekannten Vorrichtungen unterscheiden sich in baulicher und wirkungsmäßiger Hinsicht von der Getriebeanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Konstruktion nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszubilden, daß unter Beibehaltung der gleichen Effektivität eine Reduzierung des baulichen Aufwandes und der Kosten unter Minderung des Verschleißes ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1. Hierdurch ergibt sich vorteilhafterweise eine Getriebeanordnung, welche bei geringen Herstellungskosten einen raumsparenden Aufbau und wenig Verschleißteile aufweist. Außerdem liegt eine kompakte Bau­ form vor, Kupplungen sowie Hilfspumpen entfallen.

Die gleichzeitige axiale Verschiebung der Sonnenräder ermög­ licht ein Umschalten von einem Drehzahlbereich in den anderen, ohne daß eine neutrale Zwischenstellung oder eine Verwendung von Schnell- bzw. Langsamlaufkupplungen erforderlich ist. Der Wegfall der neutralen Zwischenstellung und der Kupplungen für die beiden Drehzahlbereiche vereinfacht nicht nur die Konstruktion des Getriebes, sondern auch dessen Steuerung. Außerdem entfallen dadurch auch die sich durch Verschleiß der Kupplungsscheiben und Kupplungsgeräusche ergebenden Schwierigkeiten und die anderen kupplungsbedingten Einflüsse. Durch das Fehlen der Kupplungen ergibt sich außerdem bei ge­ ringen Herstellungskosten eine kompakte Einheit mit geringem Wartungsaufwand.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht, teils geschnitten, der erfindungsgemäßen Konstruktion mit zwei Drehzahlbereichen;

Fig. 2 eine schematische Forderansicht der An­ ordnung der Antriebsglieder und der hydraulischen Einheiten gemäß der Erfindung;

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht, eines mit einem Kraftantrieb verbundenen Getriebes nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Getriebeanordnung 10 mit zwei stufenlos regelbaren Drehzahlbereichen, welche aus einfachen Pla­ netensätzen und einer Schiebewelle besteht. Die einzel­ nen Glieder der Anordnung 10 sind in einem (nur teilwei­ se dargestellten) Gehäuse 11 in ihrer Arbeitsstellung zu­ einander festgelegt, wobei das Gehäuse 11 in bekannter Wei­ se die Getriebeglieder schützend einschließen kann und volle Schmierfunktion gewährleistet.

Die Getriebeanordnung 10 weist eine Antriebswelle 12 auf, welche von einem Kraftantrieb 14 (Fig. 3), z. B. einem Verbrennungsmotor, Elektromotor oder einer anderen Kraftquelle getrieben wird und zwei koaxiale Antriebsräder 16 und 18 aufweist, die auf ihr befestigt oder einstückig mit ihr ausgebildet sind.

Das erste Antriebsrad 16 kämmt mit einem Zwischenrad 20, welches über einen Steg 22 mit einem Ende einer Trommel 24 verbunden ist, deren anderes Ende mit einem zweiten Steg 26 in Verbindung steht. Die Trommel 24 weist ein mit ihr fest verbundenes oder ein­ stückig mit ihr ausgebildetes Hohlrad 32 auf. Dieses Hohlrad ist das äußere Zentralrad eines ersten bzw. Langsamlauf-Planetengetriebes 30 (zu welchem Planetenräder 34, ein Planetenradträger 36 und ein inneres Zentralrad oder Sonnenrad 38 gehören) und kämmt mit einer Anzahl auf Bolzen 40 des Planetenradträgers 36 sitzender erster Planetenräder 34.

Der Langsamlauf-Planetenradträger 36 wiederum besteht aus treibend verbundenen inneren und äußeren Abschnit­ ten 41 und 43, wobei der äußere Abschnitt 43 fest mit der Ab­ triebswelle 44 der Getriebeanordnung 10 verbunden ist und außerdem das Lager des Steges 26 trägt. Das Sonnenrad 38 für den Langsamlauf ist auf einer Steuerwelle 46 angeordnet, auf welcher im axialen Abstand ein zweites Sonnenrad 48 für den Schnellauf vorgesehen ist, wel­ ches im wesentlichen den gleichen wirksamen Teilkreisdurch­ messer wie das Rad 38 aufweist.

Das zweite Antriebsrad 18 kämmt mit einem Zahnkranz 52 am äußeren Abschnitt 56 eines Schnellauf-Planetenradträgers 54, der mit einem inneren Abschnitt 58 treibend gekuppelt ist. Die Innenabschnitte 41 und 58 der beiden Planetenrad­ träger sind über ein Lager 60 zueinander festgelegt. Auf dem Planetenradträger 54 sind über Bolzen 68 eine Anzahl Schnellauf-Planetenräder 62 gelagert, welche mit dem auf dem Innenabschnitt 41 des Langsam-Planetenradträgers 36 gelagerten Hohlrad 64 kämmen. Die Planetenräder 62 können außerdem mit dem Schnell­ lauf-Sonnenrad 48, kämmen. Das Sonnenrad 48, die Planetenräder 62, der Planetenrad­ träger 54 und das Hohlrad 64 sind Glieder eines zweiten, für den Schnellaufbereich bestimmten Planetenge­ triebes 66.

Der Zahnkranz 52 kämmt mit einem Zahnkranz 70, welcher zur bes­ seren Veranschaulichung in Fig. 1 aus seiner in Fig. 2 ge­ zeigten wahren Stellung versetzt dargestellt ist. Dieser Zahnkranz 70 ist an einer Antriebswelle 72 befestigt oder ein­ stückig mit dieser ausgebildet, welche mit einem ersten (versetzt aus seiner eigentlichen Lage dargestellten) Teil 76 einer schematisch angedeuteten Drehzahlregelvorrichtung 74 treibend gekuppelt ist. Zu dieser Drehzahlregelvorrich­ tung gehört auch ein über eine Antriebswelle 80 mit einem Rad 82 treibend verbundener zweiter Teil 78. Das aus seiner in Fig. 2 gezeigten wahren Lage versetzt in Fig. 1 dargestellte Rad 82 kämmt mit einem auf der Steuerwelle 46 befestigten Rad 84. Die Drehzahlregelvorrich­ tung 74 kann z. B. eine Pumpe-Motor-Konstruktion sein.

Funktion der Drehzahlregelvorrichtung 74 ist es im wesentlichen, eine der Drehzahl des Kraft­ antriebs proportionale Drehzahl auf der einen und eine re­ gelbare Drehzahl auf der anderen der zwei Wellen 72 und 80 je nach Erfordernis zu erzeugen, um der Getriebeanordnung 10 die nachstehend beschriebene Arbeitsweise zu ermöglichen.

Da die Steuerwelle 46 (über die Räder 82, 84) mit der Welle 80 gekuppelt ist, wirkt sie als Steuerwelle, die drehend und drehbar mit der Drehzahlregelvorrichtung 74 und den beiden Sonnenrädern 38, 48 verbunden ist. Mit der Drehzahlregelvorrichtung 74 läßt sich somit die Drehzahl­ änderung der Welle 46 steuern, so daß sich für die Getriebeanord­ nung das noch zu beschreibende Arbeitsprinzip ergibt.

Am Endabschnitt 86 der Steuerwelle 46 ist ein drehbar gela­ gerter Kolben 88 in einer im wesentlichen zylindrischen Kammer 90 abgedichtet axial hin- und herbewegbar. An ent­ gegengesetzten Enden der Kammer 90 münden Einlaß- und Aus­ laßöffnungen 92 und 94 für ein unter Druck stehendes Medi­ um ein, welches zur axialen Verschiebung der Steuerwelle 46 dient. Mit axialem Abstand voneinander auf der Steuerwelle 46 angeordnete Nadellager 96 stehen über ihre Nadelkörper in direkter Verbindung mit der Abtriebswelle 44 und ermög­ lichen somit sowohl eine Drehbewegung als auch eine axiale Verschiebung der Steuerwelle 46 gegenüber der Abtriebswelle 44.

Bei der vorliegenden Getriebeanordnung 10 handelt es sich um ein Getriebe mit zwei getrennten Kraftüber­ tragungswegen, wobei das Getriebe in bevorzugter Aus­ führung hydromechanisch ausgelegt ist. Das heißt mit einem me­ chanischen und einem hydraulischen Übertragungsweg in je­ dem seiner beiden Drehzahlbereiche.

Der erste Teil 76 der Drehzahlregelvorrichtung 74 kann z. B. eine Motor-Pumpe-Konstruktion, vorzugsweise eine hydraulische Einheit mit veränderlichem Hub sein. Der zweite Teil 78 der Drehzahlregelvorrichtung 74 kann eine Pumpe-Motor-Konstruktion, vorzugsweise eine hy­ draulische Einheit mit konstantem Hub sein. Sind die Teile 76 und 78 als hydraulische Einheiten vorgesehen, dann sind sie auch hydraulisch auf an sich be­ kannte Weise miteinander verbunden. Die Drehzahlregelvor­ richtung 74 kann aber z. B. auch als durch Zugkraft betätig­ bare Vorrichtung ausgebildet sein. Zum besseren Verständnis wird hier die Getriebeanordnung 10 zwar als hydromechanische Anordnung beschrieben, ist aber nicht hierauf beschränkt.

Wie ersichtlich, ist die Antriebswelle 12 mit dem ersten Teil 76 der Drehzahlregelvorrichtung 74 über ein sich durch die Räder 18, 52 und 70 ergebendes Vorgelege gekuppelt. Der zweite Teil 78 der Drehzahlregelvorrichtung 74, wel­ cher mit dem ersten Teil 76 in Wirkverbindung steht, ist mit der Steuerwelle 46 über ein aus den Rädern 82 und 84 bestehendes Vorgelege gekuppelt. Die Steuerwelle 46 dient gleichzeitig zur Drehung beider Sonnen­ räder 38 und 48.

Sind die beiden Teile 76 und 78 der Drehzahlregelvor­ richtung 74 als hydraulische Einheiten ausgebildet, wirkt der Teil 76 als Pumpe und der Teil 78 als Motor und umgekehrt. Die Teile 76 und 78 regeln das auf die Steuerwelle 46 von den Planeten­ getrieben 30 und 66 über die als Reaktionsglieder wirkenden Sonnenräder 38 und 48 übertragene Drehmoment.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, gewährleistet der axiale Abstand der Sonnenräder 38 und 48, daß bei vollem Kämmeingriff zwischen dem Sonnenrad 38 und dem Planetenrad 34 das Sonnenrad 48 und das Planetenrad 62 völlig au­ ßer Eingriff sind.

Sobald das hydraulische Medium durch die Öffnung 92 einströmt, wird der Kolben 88 und damit die Steuer­ welle 46 axial nach links verschoben. Diese axiale Verschie­ bung bringt die Räder 48 und 62 allmählich in Kämmeingriff. Im Verlauf dieser Verschiebung stehen die inneren Langsam- und Schnellauf-Sonnenräder 38 und 48 kurzfristig gleichzei­ tig mit ihren jeweiligen Planetenrädern in Eingriff, so daß die Abtriebswelle 44 durch die Wirkung beider Planetengetriebe 30, 66, gedreht wird. Durch die weitergehende axiale Verschiebung der Steuerwelle 46 ergibt sich ein vollständiger Kämmeingriff zwischen dem Sonnenrad 48 des Schnellaufbereichs und den zugehörigen Planetenrädern 62 und völliges Ausrüc­ ken des Sonnenrads 38 für den Langsamlauf aus sei­ nem Einriff mit den zugehörigen Planetenrädern 34. Beim Umschalten in den Langsamlauf erfolgt die axiale Verschie­ bung der Steuerwelle 46 in umgekehrter Richtung, so daß die Glieder des für den Langsamlauf bestimmten Pla­ netengetriebes 30 wieder in Eingriff gelangen und die Glie­ der des Schnellauf-Planetensatzes 66 ausgerückt werden.

Wie ersichtlich, wird das Langsam-Hohlrad 32 von der Antriebswelle 12 über die Räder 16 und 20 getrieben. Das zweite Hohlrad 64 für den Schnellauf ist auf dem Innenabschnitt 41 des Langsam-Planetenradträgers gelagert und wird daher von diesem getrieben. Die Eingangswelle 12 kämmt außerdem mit dem Schnellauf-Planetenträger 54 über die Räder 18 und 52.

Die Getriebeanordnung 10 arbeitet wie nachstehend beschrieben:

Null-Leistung, d. h. Stillstand der Abtriebswelle 44 und des Planetenträgers 36 wird erreicht, wenn das Hohl­ rad 32 und das Sonnenrad 38 für den Langsambe­ reich gleiche, entgegengesetzte Teilkreisgeschwindigkeiten haben. Die Langsam-Planetenräder 34 rotieren dann auf den Bolzen 40 um ihre Mittelachsen, und da der Planetenrad­ träger 36 stillsteht, ist die Abtriebsleistung Null. Da gleichzeitig das Sonnenrad 38 entgegengesetzt zum Hohlrad 32 getrieben wird, wirkt der Abschnitt 78 der Drehzahlregelvorrichtung 74 als Pumpe und der Ab­ schnitt 76 als Motor.

Bei allmählicher Abnahme der Teilkreisgeschwindigkeit des Sonnenrades 38 durch Einfluß der Stellvorrichtung 74 wirkt das Sonnenrad 38 als Reaktionsglied, und der Planetenradträger 36 be­ ginnt zu drehen, wobei seine Umlaufgeschwindigkeit mit abnehmender Drehzahl des Sonnenrades 38 zunimmt. Mit der Verlangsamung der Drehgeschwindigkeit des Sonnenrades 38 auf Null erhöht sich allmählich die Ausgangsleistung, und sobald das Sonnenrad 38 zum Stillstand gekommen ist, wirkt es als reines Reaktionsglied. In diesem Betriebs­ punkt hat sich auch die Hubwirkung des Abschnitts 76 der Dreh­ zahlregelvorrichtung 74 auf nahe Null verringert. Es erfolgt keine Leistungs-Rückführung durch die Hydraulikeinheit mehr. Das Getriebe arbeitet als rein mechanisches System.

Sobald jedoch das Sonnenrad 38 (über die Drehzahl­ regel-Teile 76 und 78) in gleicher Richtung wie das Hohlrad 32 getrieben wird, nimmt die Drehzahl des Planetenradträgers 36 und der Abtriebswelle 44 mit zu­ nehmender Drehzahl des Sonnenrades 38 zu. Die höchste Abtriebsdrehzahl im Langsamlauf wird bei Drehung des Sonnenrades mit Höchstgeschwindigkeit oder nahezu Höchstgeschwindigkeit in gleicher Richtung wie das Hohlrad 32 erreicht, wobei das Hohlrad 32, das Sonnenrad 38 und der Planetenradträger 36 alle in gemeinsamer Drehrichtung rotieren. Das Getriebe arbeitet nun als Verzweigungsgetriebe, d. h. die übertra­ gene Leistung verzweigt sich zwischen dem mechanischen Sy­ stem und dem regelbaren System, bzw. dem Planetengetriebe 30 und der Drehzahlregelvorrichtung 74, deren Teile 76 und 78 nun als Pumpe und Motor wirken. Zu diesem Zeit­ punkt wird die Drehzahl des Schnellauf-Planetenradträgers 54 über das Antriebsrad 18 gesteuert, während die Drehzahl des Schnellauf-Hohlrades 64 von der Geschwindig­ keit des Langsam-Planetenradträgers 36 während des Langsam­ betriebs abhängig ist.

Bei höchster Drehzahl im Langsamlauf ist die Teilkreisge­ schwindigkeit der Schnellauf-Planetenräder 62 gleich oder im wesentlichen gleich der Teilkreisgeschwindigkeit des Schnellauf-Sonnenrades 48; es ist nun hydrau­ lischer Druck auf der rechten Seite des Kolbens 88 aufbring­ bar, um die Steuerwelle 46 axial nach links zu verschieben.

Ein (nicht dargestelltes) Steuersystem kann die wirksame Teilkreisgeschwindigkeit der Räder 62 erfassen und den Zeit­ punkt signalisieren, zu dem diese Geschwindigkeit gegenüber dem Planetenradträger 64 im wesentlichen gleich der wirksa­ men Teilkreisgeschwindigkeit des Sonnenrades 48 ist. Um die Zahnlücken und Zähne des Sonnenrades und der zugehörigen Planetenräder vor ihrem Kämmeingriff fluchtend auszurichten, wird, wie an sich bekannt, die axiale Verschie­ bung der Steuerwelle kurz vor Erreichen eines echten synchro­ nen Drehzahlverhältnisses eingeleitet.

In anderen Worten, es ist ein geringer Drehzahlunterschied zwischen den in Ein­ griff zu bringenden Rädern erforderlich, um einen wirksamen Kämmeingriff beim Umschalten in Schnellauf oder in Langsam­ betrieb zu erreichen. Dabei stehen dann sowohl die Langsam- als auch die Schnellauf-Planetengetriebe 30 und 66 kurzzei­ tig in Eingriff, aber bei Fortsetzung der axialen Verschie­ bung der Steuerwelle 46 wird lediglich das Schnellauf- Sonnenrad 48 mit den zugehörigen Planetenrädern 62 in Ein­ griff gebracht.

Bei Betrieb im Schnellauf erfolgt bei Drehung des Schnellauf-Sonnenrades 48 mit Höchstdrehzahl in gleicher Richtung wie der Schnellauf-Planetenradträger 54 bis zur Verlangsamung der Geschwindigkeit des Sonnenrades 48 auf Null durch Betätigung der Drehzahlregelvorrichtung 74 wieder eine Rückführung. Sobald die Drehzahl des Sonnenrades 48 bis auf Null abgenommen hat, verschwindet der Rückführeffekt wieder; wenn dann das Sonnen­ rad 48 entgegengesetzt zu dem Planetenradträger 54 dreht, ergibt sich wieder eine Verzweigung des Leistungsflusses. Das Schnellauf-Hohlrad 64 ist dabei das Abtriebsglied des Planetengetriebes 66 und treibt aufgrund seiner Verbin­ dung mit dem Langsam-Planetenradträger 36 die Abtriebswelle 44.

Claims (6)

1. Getriebeanordnung mit einer Antriebswelle (12), einem ersten Planetengetriebe (30) für Langsamlauf, einem zweiten Planetengetriebe (66) für Schnellauf, einer mit einem Planetenradträger (36) verbundenen Abtriebs­ welle (44), wobei auf der Antriebswelle (12) zwei Zahnräder (16, 18) angeordnet sind, von denen das erste Zahnrad (16) mit einer Außenverzahnung (20) eines Hohl­ rades (32) des ersten Planetengetriebes (30) kämmt, sowie mit einer stufenlos steuerbaren Drehzahlstellvor­ richtung (74) mit zwei miteinander verbundenen Teilen (76, 78) von denen der erste (76) in dauernder trieb­ licher Verbindung mit der Antriebswelle (12) und der zweite (78) in dauernder trieblicher Verbindung mit einer Steuerwelle (46) steht, die eine weitgehend unab­ hängig von der Antriebsdrehzahl des Getriebes veränder­ bare Drehzahl hat, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerwelle (46) zum Wechsel der Drehzahlbe­ reiche verschiebbar ist und die beiden im axialen Ab­ stand voneinander liegenden Sonnenräder (38, 48) der Planetengetriebe (30, 66) trägt, wobei das eine Sonnen­ rad (38) nur bei Langsamlauf mit dem Planetenrad (34) des ersten Planetengetriebes (30) und das andere Sonnen­ rad (48) nur bei Schnellauf mit dem Planetenrad (62) des zweiten Planetengetriebes (66) kämmt,
daß das zweite Zahnrad (18) der Antriebswelle (12) mit einer Verzahnung des Planetenradträgers (54) des zweiten Planetengetriebes im Eingriff steht und dieser Planeten­ radträger (54) mit dem ersten Teil (76) der Drehzahl­ stellvorrichtung (74) treibend gekuppelt ist und
daß der mit der Abtriebswelle (44) verbundene Planeten­ radträger (36) nur dem ersten Planetengetriebe (30) an­ gehört und auf seiner der Abtriebswelle (44) abgewandten Seite mit dem Hohlrad (64) des zweiten Planetengetriebes (66) verbunden ist.

2. Getriebeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Hohlrad (32) des ersten Planetengetriebes (30) als Trommel (24) ausgebildet ist und einerseits über die Innenverzahnung mit einem auf dem Planetenradträger (36) gelagerten Steg (26) und andererseits über einen Steg (22) sowie eine Verzahnung mit einem Zwischenrad mit Außenverzahnung (20) ver­ bunden ist, welches seinerseits mit dem ersten Zahnrad (16) der Antriebswelle (12) in Kämmeingriff steht.

3. Getriebeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Planetenradträger (54) des zweiten Planeten­ getriebes (66) einen äußeren Abschnitt (56) aufweist, welcher in einen Zahnkranz (52) übergeht, der mit einem Zahnkranz (70) des ersten Teils (76) der Drehzahlstell­ vorrichtung (74) und mit dem zweiten Zahnrad (18) der Antriebswelle (12) in Kämmeingriff steht.

4. Getriebeanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß ein innerer Abschnitt (58) des Planetenrad­ trägers (54) des zweiten Planetengetriebes (66) mit einem Innenabschnitt (41) des Planetenradträgers (36) des ersten Planetengetriebes (30) über ein Lager (60) verbunden ist und daß auf dem Innenabschnitt (41) des ersten Planetengetriebes (30) das Hohlrad (64) des zweiten Planetengetriebes (66) gelagert ist.

5. Getriebeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Sonnenräder (38, 48) der beiden Planeten­ getriebe (30, 66) im wesentlichen die gleichen Teilkreis­ durchmesser besitzen.

6. Getriebeanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine über ein Druckmedium betätigbare Verschiebevor­ richtung (88) für die Steuerwelle (46).