DE4414127C1 - Lastschaltgetriebe für selbstfahrende Arbeitsmaschinen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydrostatisches Last­ schaltgetriebe für Arbeitsmaschinen zum gleichzeitigen Einsatz in schwierigem Gelände und im normalen Fahrbetrieb, mit einem Getriebegehäuse und einem darin ausgebildeten Planetensatz.

Hydrostatische Lastschaltgetriebe für selbstfahrende Arbeits­ maschinen gewinnen immer mehr an Bedeutung, die sowohl mit sehr hoch übersetzten Arbeitsgängen zum Beispiel beim Einsatz im Gelände operieren müssen und andererseits auch höhere Geschwin­ digkeiten bis ca. 50 km/h bei normaler Straßenfahrt gewähr­ leisten.

Bekannte hydrostatische Getriebe haben jedoch den Nachteil, daß kein ruckfreier Übergang zwischen dem sogenannten Arbeits- und dem Fahrgang möglich ist. Um einen möglichst ruckfreien Übergang zwischen diesen beiden Schaltpositionen zu gewährleisten, müßte die gesamte Hydraulik groß ausgebildet sein, was jedoch sehr hohe Kosten verursachen würde.

Zur Lösung dieses Problems wurde eine Kombination von hydrosta­ tischen und mechanischen Getrieben vorgeschlagen. Nachteilig an diesen Getrieben gemäß dem Stand der Technik ist jedoch, daß diese nur bei nahezu völligem Stillstand der Arbeitsmaschinen geschaltet werden können.

Aus DE-AS 11 40 469 ist ein hydrostatischer Einzelantrieb für schwere geländegängige Fahrzeuge mit vom Fahrzeugmotor angetrie­ bener Ölpumpe bekannt. In den Radnaben der Fahrzeugräder sind Ölmotoren angeordnet, die mit dem von der Ölpumpe erzeugten Druck beaufschlagt werden. Um einen Regelbereich zu erzielen, sind die Ölmotoren nach der Art eines Planetengetriebes ausge­ bildet. An dem Hohlrad und dem mit dem Fahrzeugrad verbundenen Planetenträger sind eine oder mehrere hydrostatische Einheiten angeschlossen, die als Ölpumpe und/oder als Ölmotor wirken. Die Ölströme innerhalb des Rades sind regelbar, aber diese Regelbar­ keit ist eine energieverschwendende Dämpfung und eignet sich nur für einen schmalen Geschwindigkeitsregelbereich. Für den Wechsel zwischen einer langsamen Arbeits- und einer schnellen Straßen­ fahrt ist dieser Antrieb ungeeignet.

In der älteren Anmeldung DE 43 28 889 C1 ist für ein reines Straßenfahrzeug ein- zwischen Elektroantrieb und Einzelrad vor­ gesehenes Planetengetriebe beschrieben, bei dem mittels eines Druckkolbens ein innerer Teil eines Planetengetriebes in einer mehrfachen Kapselung gegen eine Rückstellfeder axial beweglich ist. Dieses Getriebe ist für eine Lebensdauerölfüllung ausgelegt und deshalb mehrfach dichtend gekapselt. Diese Getriebeart mit Lebensdauerölfüllung eignet sich nicht für schwere Arbeits­ maschinen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein hydrostatisches Lastschaltgetriebe so auszubilden, daß mit einer einfachen und robusten Anordnung eine leichte Schaltbarkeit zwischen einem Arbeits- und einem Fahrgang während der Fahrt einer Arbeitsmaschine gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Patent­ anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Durch die Lagerung eines Planetensatzes in einem Getriebegehäuse des erfindungsge­ mäßen hydrostatischen Lastschaltgetriebes wird der Umlauf des Planetensatzes als geschlossene Einheit innerhalb des Getriebe­ gehäuses ermöglicht. Gleichzeitig ist jedoch auch der Umlauf des Planetensatzes über ein Planetengetriebe innerhalb des Getrie­ begehäuses möglich. Dadurch wird erfindungsgemäß ein Arbeits- und ein Fahrgang bereitgestellt, deren Übergänge im wesentlichen ruckfrei und auch während der Fahrt getätigt werden können. Hierbei ist der Planetensatz über mit Druck beaufschlagbare erste und zweite Kolben bewegbar. Dabei ist in einem ersten Be­ triebszustand der erste Kolben mit Druck beaufschlagt und drückt gegen die Kraft einer zweiten Tellerfeder an einen Anschlag, wo­ durch an einer zweiten Lamellenkupplung innerhalb des Planeten­ satzes ein Luftspiel entsteht. Erfindungsgemäß wird über die jetzt geschlossene erste Lamellenkupplung das über das Sonnenrad des Planetengetriebes eingeleitete Drehmoment über das Stirnrad der ersten Abtriebswelle auf eine zweite Abtriebswelle geleitet. Das gelagerte Planetengetriebe läuft erfindungsgemäß im Getrie­ begehäuse als Ganzes um. Das erfindungsgemäße Lastschaltgetriebe läuft nunmehr im Straßen- bzw. Fahrgang.

Vorteilhafterweise ist der Planetensatz einerseits über Nadel­ lager in einer Gehäusebüchse und andererseits über eine erste Abtriebswelle sowie ein Stirnrad und dessen Lager in dem Getrie­ begehäuse gelagert.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Tellerfe­ der innerhalb des Planetensatzes derartig ausgebildet, daß sie eine erste Lamellenkupplung gegen einen Steg des Planetengetrie­ bes des Planetensatzes drückt. Dadurch ist erfindungsgemäß ge­ währleistet, daß das Planetengetriebe blockiert wird.

Erfindungsgemäß kann der zweite Kolben mit Druck beaufschlagt werden und wirkt über eine erste Druckplatte innerhalb des Pla­ netensatzes gegen die erste Tellerfeder. Dadurch öffnet sich die erste Lamellenkupplung. Die zweite Lamellenkupplung wird ge­ schlossen und ein Zahnkranz des Planetensatzes abgebremst. Er­ findungsgemäß läuft das Planetengetriebe nunmehr um, das erfin­ dungsgemäße Lastschaltgetriebe befindet sich nunmehr im Arbeits­ gang.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung drückt eine zweite Tellerfeder den Planetensatz gegen die erste und zweite Lamellenkupplung, wenn der erste Kolben in einem zweiten Be­ triebszustand nicht mit Druck beaufschlagt ist, wodurch die erste und die zweite Lamellenkupplung als Feststellbremse wirken können.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung er­ folgt die Steuerung der Kolben über ein hydraulisches Ventil, welches magnetisch betätigbar ausgebildet ist. Die Schaltge­ schwindigkeit wird somit vorteilhafterweise nicht über den im System herrschenden Öldruck, sondern über die Ölmenge gesteuert.

Dadurch kann bei niedrigeren Drücken gearbeitet werden als bei bekannten hydrostatischen Getrieben, wodurch die Dichtigkeit des Systems erhöht und der Ölverlust minimiert werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsge­ mäßen Getriebes ist die erste Abtriebswelle über dritte Teller­ federn im ersten Kolben gelagert. Damit wird ermöglicht, daß eine zusätzliche, gleichzeitige Blockierung der beiden Lamellen­ kupplungen möglich ist, so daß das gesamte System als Standbrem­ se wirkt.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines zeichnerisch dargestellten Ausfüh­ rungsbeispieles:
Die Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Schnittes durch das erfindungsgemäße hydrostatische Lastschaltgetriebe 10 mit einem Planetensatz 70, u. a. bestehend aus einem Planetenge­ triebe 12 und einem Zahnkranz 56. Der Planetensatz 70 ist in einem Getriebegehäuse 16 verschiebbar gelagert. Der Planetensatz 70 wird dabei einerseits über Nadellager 20 und 22 in einer Ge­ häusebüchse 24 sowie andererseits über eine erste Abtriebswelle 18, ein daran angeordnetes Stirnrad 26 und dessen Lager 28 und 30 in dem Getriebegehäuse 16 gelagert. Der Planetensatz 70 ist dabei derart gelagert, daß er innerhalb des Getriebegehäuses 16 axial in Richtung der ersten Abtriebswelle 18 verschiebbar ist. Das aus einem Sonnenrad 46 und mehreren Planetenrädern 58 beste­ hende Planetengetriebe 12 greift mit den Planetenrädern 58 in den Zahnkranz 56. Innerhalb des Zahnkranzes 56 sind eine erste Lamellenkupplung 34 und eine zweite Lamellenkupplung 44 hinter­ einander angeordnet. Zwischen den beiden Lamellenkupplungen 34 und 44 ist eine erste Tellerfeder 32 zwischen einer ersten Druckplatte 66 und einer zweiten Druckplatte 68 ausgebildet. Die von der ersten Tellerfeder 32 ausgehende Kraft drückt die erste Lamellenkupplung 34 gegen einen Steg 14 des Planetengetriebes 12. Damit wird der Planetensatz 70 blockiert. In der der ersten Lamellenkupplung 34 gegenüberliegenden Richtung wirkt die erste Tellerfeder 32 gegen ein Axiallager 48.

Der Planetensatz 70 ist derart ausgebildet, daß er über mit Druck beaufschlagbare erste und zweite Kolben 40, 54 bewegbar ist. Wird der erste Kolben 40 in einem ersten Betriebszustand mit Druck beaufschlagt (P₁), so drückt dieser gegen die Kraft einer zweiten Tellerfeder 36 an einen Anschlag 42. Dadurch ent­ steht an der zweiten Lamellenkupplung 44 innerhalb des Planeten­ satzes 70 ein Luftspiel. Das über das Sonnenrad 46 des Planeten­ getriebes 12 eingeleitete Drehmoment wird dann über die ge­ schlossene erste Lamellenkupplung 34 auf das Stirnrad 26 und über ein mit dem Stirnrad 26 verzahntes Zahnrad 62 auf eine zweite Abtriebswelle 38 übersetzt. Das hydrostatische Last­ schaltgetriebe 10 läuft nunmehr im Fahrgang bzw. im Straßengang, wobei ein Kugelwellenlager 50 über Schraubenfedern 52 leicht an­ gepreßt wird und mitläuft. Das Axiallager 48 läuft nicht mit, da die erste Lamellenkupplung 34 geschlossen ist. Der gesamte gela­ gerte Zahnkranz 56 des Planetensatzes 70 läuft innerhalb des Ge­ triebegehäuses 16 um. Die vorhergehende Betriebssituation ist in der Figur unterhalb der gestrichelt eingezeichneten Mittellinie dargestellt.

Oberhalb der gezeichneten Mittellinie ist dagegen ein Betriebs­ zustand des erfindungsgemäßen Getriebes 10 dargestellt, der einem stark übersetzten, sogenannten Arbeitsgang entspricht. Zum Schalten von dem Fahrgang in den Arbeitsgang wird der zweite Kolben 54 mit Druck beaufschlagt (P₂) und wirkt über das Kegel­ rollenlager 50 auf den Zahnkranz 56 des Planetensatzes 70. Ein mit dem Zahnkranz 56 verbundener Ring 64 ragt in den von dem Zahnkranz 56 eingeschlossenen Raum und drückt gegen die erste Druckplatte 66 und die daran anliegende erste Tellerfeder 32. Dadurch öffnet sich die erste Lamellenkupplung 34. Durch weitere Druckbeaufschlagung des zweiten Kolbens 54 wird der Zahnkranz 56 über die zweite Druckplatte 68 abgebremst, da die zweite Lamel­ lenkupplung 44 über die zweite Druckplatte 68 geschlossen wird. Gleichzeitig drückt die erste Tellerfeder 32 gegen das Axialla­ ger 48, welches nunmehr mitläuft. Insgesamt kann nunmehr das Planetengetriebe 12 mitumlaufen, das über die Eingangs­ welle 17 eingehende Drehmoment wird mit Hilfe des nunmehr mit­ laufenden Planetengetriebes 12 untersetzt. Eine mögliche Unterset­ zung liegt dabei im Bereich von 2,5 : 1 bis 5 : 1 Stufensprünge.

Das erfindungsgemäße Lastschaltgetriebe 10 ermöglicht es weiter­ hin, daß die Anordnung der ersten und zweiten Lamellenkupplung als Feststellbremse wirken kann, wenn der erste Kolben 40 nicht mit Druck beaufschlagt ist. Eine zweite Tellerfeder 36 drückt dann den kompletten Planetensatz 70 gegen die zweite Lamellen­ kupplung 44.

In einer nicht dargestellten Ausführungsform ist der Planeten­ satz 70 auch über dritte Tellerfedern gelagert, welche bei Nichtdruckbeaufschlagung der ersten und zweiten Kolben 40, 54 die beiden Lamellenkupplungen 34, 44 gleichzeitig blockiert und somit als Standbremse dient, wobei eine derartige Bremse regel­ bar ausgebildet ist.

Die Steuerung des Getriebes erfolgt über eine Drehzahl-Überwa­ chung, insbesondere eine elektronische Überwachung. Hierfür ist ein Sensor 60 ausgebildet, der die Drehzahl des Stirnrades 26 mißt und entsprechende Schaltimpulse an ein hydraulisches Ventil zur Steuerung der Kolben 40, 54 abgibt. Das Ventil ist bevorzug­ terweise magnetisch betätigbar ausgebildet. Der Schaltimpuls wird dabei an das Magnetventil erst dann weiter zum Schalten in den Arbeitsgang gegeben, wenn die Drehzahl des Stirnrades 26 un­ ter einen bestimmten Wert gesunken ist. Dadurch kann ein unbeab­ sichtigtes Schalten in den Arbeitsgang vermieden werden, welches möglicherweise zur Zerstörung des hydraulischen Motors durch eine Überdrehzahl führen könnte.

Die Gesamtübersetzung des hydrostatischen Lastschaltgetriebes 10 kann über die Variation der Zahnräder 26 und 62 erfolgen. Wei­ tere Schaltmöglichkeiten ergeben sich z. B. durch ein nicht dar­ gestelltes zusätzliches Zahnrad am Zahnrad 62.

Bei möglichen Fehlern im hydrostatischen System des Getriebes ist eine nicht dargestellte Notlösevorrichtung vorgesehen, die eine definierte Mittelstellung der ersten und zweiten Kupplungs­ lamellen bewirkt. Dadurch wird einerseits die Bremswirkung der geschlossenen Lamellenkupplungen aufgehoben, andererseits sind die Lamellenkupplungen 34, 44 entkuppelt.

Mit dem Lastschaltgetriebe 10 der vorliegenden Erfindung sind Geschwindigkeiten im Fahrgang bis zu 50 km/h möglich.

Claims (13)

1. Hydrostatisches Lastschaltgetriebe für Arbeitsmaschinen zum Einsatz sowohl in schwierigem Gelände als auch im normalen Fahrbetrieb mit einem Getriebegehäuse (16),
einem darin ausgebildeten Planetensatz (70), wobei der Planetensatz (70) umfaßt
eine mit dessen Sonnenrad (46) drehfest verbundene Eingangswelle (17),
eine mit dessen Planetenträger (14) drehfest verbundene Ausgangswelle (18),
einen durch eine Verschiebevorrichtung axial in Richtung der Eingangswelle (17) verschiebbaren, innerhalb des Getriebegehäuses (16) angeordneten Zahnkranz (56), und wobei die Verschiebevorrichtung mit Druck beaufschlagbare erste und zweite Kolben (40, 54) umfaßt.

2. Lastschaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Planetensatz (70) einer­ seits über Nadellager (20, 22) in einer Gehäusebüchse (24) und andererseits über die erste Abtriebswelle (18) sowie ein Stirnrad (26) und dessen Lager (28, 30) in dem Getrie­ begehäuse (16) gelagert ist.

3. Lastschaltgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Tellerfeder (32) derartig ausgebildet ist, daß sie eine erste Lamellenkupplung (34) gegen einen Steg (14) eines Planetengetriebes (12) des Pla­ netensatzes (70) drückt.

4. Lastschaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kolben (54) in einem ersten Betriebszustand mit Druck beaufschlagt ist und gegen die Kraft einer zweiten Tellerfeder (36) an einen Anschlag (42) drückt, wodurch an einer zweiten Lamellenkupplung (44) ein Luftspiel entsteht.

5. Lastschaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kolben (54) in einem zweiten Betriebszustand nicht mit Druck beaufschlagt ist und die Kraft der zweiten Tellerfeder (36) den Planetensatz (70) gegen die erste und zweite Lamellenkupplung (34, 44) drückt.

6. Lastschaltgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das über ein Sonnenrad (46) des Planetengetriebes (12) eingeleitete Drehmoment über die ge­ schlossene erste Lamellenkupplung (34) direkt auf ein mit einer zweiten Abtriebswelle (38) über ein Zahnrad (62) ver­ bundenes Stirnrad (26) geleitet wird.

7. Lastschaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kolben (54) mit Druck beaufschlagt ist und über ein Kegelrollenlager (50) einen Zahnkranz (56) des Planetensatzes (70) über einen Ring (64) und einer daran anliegenden ersten Druckplatte (66) gegen die erste Tellerfeder (32) drückt.

8. Lastschaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kolben (54) mit Druck beaufschlagt ist und über eine an der Tellerfeder (32) anliegende zweite Druckplatte (68) die zweite Lamel­ lenkupplung (44) geschlossen wird.

9. Lastschaltgetriebe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Kolben (40, 54) über ein hydraulisches Ventil erfolgt.

10. Lastschaltgetriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil magnetisch betätig­ bar ausgebildet ist.

11. Lastschaltgetriebe nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor (60) zur Messung der Drehzahl des Stirnrades (26) ausgebildet ist.

12. Lastschaltgetriebe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (60) einen elektro­ nischen Impuls an das hydraulische Ventil zur Steuerung des Ventiles abgibt.

13. Lastschaltgetriebe nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Abtriebswelle (18) über dritte Tellerfedern im Kolben (54) gelagert ist.