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Umlaufrädergetriebe mit Leistungsverzweigung in mechanische und hydrostatische
Zweige Hydrostatische Getriebe für größere Übersetzungen von 1:6 oder mehr haben.
selbst dann, wenn sich die mit den Kolben zusammenarbeitenden Getriebeteile, beispielsweise
die Taumelscheiben oder die Zylinder, gegen drehbewegliche Teile, beispielsweise
gegen untersetzte Zahnradstufen, abstützen, noch. nicht die Wirkungsgrade, die sie
mit den üblichen Zahnradgetrieben für schwerere Fahrzeuge konkurrenzfähig machen.
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Erfindungsgemäß wird nun durch eine Verzweigung des Antriebes in mindestens
drei Zweige, von denen jeder sich wieder gabelt, und zwar einmal direkt auf den
getriebenen Teil und zum anderen auf je eine hydraulische Einheit, erreicht, daß
ein solch kleiner Anteil der jeweiligen Gesamtleistung, rund 20%, hydraulisch übertragen
wird, daß selbst in Grernzstellungen und bei Teillast, in denen der hydraulische
Wirkungsgrad sehr schlecht wird, trotzdem der Gesamtwirkungsgrad noch in der gewünschten
Höhe bleibt. Dazu wird durch wechselweises Benutzen, der hydraulischen Einheiten
als Motor und, als Pumpe die erforderliche kleine Baugröße erreicht, und. die Umschaltungen
der Pumpen auf Motore oder umgekehrt werden durch den Antrieb über Umlaufräder stoßfrei
und ohne innere Beschleunigungen bei Verstellung der Drehzahl bewerkstelligt.
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Außerdem wird durch kolhenschiebergesteuerte hydraulische Einheiten
die Möglichkeit zur Verwendung höherer hydraulischer Drücke bei gleich. gutem Wirkungsgrad.
geschaffen.
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In den Zeichnungen ist Fig. 1 ein Längsschnitt durch das Getriebe,
wobei jedoch der hydrostatische Teil nicht geschnitten ist, Fig.2 ein teilweiser
Längsschnitt durch eine der drei Pumpen- bzw. Motorkörper, Fig. 3 eine Rückansicht
der drei hydraulische Einheiten, wobei die rückwärtige Gehäusewand weggelassen ist,
Fig. 4 Kurve 90 des Anteils der hydraulischen Leistung über dem Verstellbereich
1:1 bis 1: x, Fig. 5 Kurven der Hubvolumina der drei hydraulischen Einheiten über
dem Verstellbereich 1:1 bis 1 : x,
Fig. 6 Drehzahlkurven der Zahnräder 17,
49 und 36 sowie 22 über dem Verstellbereich 1:1 bis 1: x, Fig.7 Drehzahldifferenzkurven
zwischen Taumelscheiben und Zylinderkörper der drei hydraulischen Einheiten über
dem Verstellbereich 1:1 bis 1.x.
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In dem Gehäuse 1 mit seinen Zwischenwänden 8 und 9 ist die getriebene
Welle 3 dreimal gelagert, während die Antriebswelle 2 links in, dem Gehäuse 1 und
mit ihrem rechten Ende bei 4 in dem linken Ende der Welle 3 gelagert ist. Eine Vorgelegewelle
7 ist bei 78 und 79 in dem Gehäuse gelagert. Auf der Welle 2 sitzt fest ein Zahnrad
5 und lose verschiebbar, aber drehfest, eine Kupplungsmuffe 28, deren. Klauen im
Eingriff mit Klauen 27 eines Zahnrades 26 sind. Dieses kämmt mit einem Planetenrad
25, das in dem Planetenradträger 15 mit seiner Welle 24 gelagert ist, die an ihrem
rechten Ende ein Umlaufrad23 trägt. Der Planetenradträger 15 ist starr mit der getriebenen
Welle3 verbunden und trägt noch zwei Planetenradpaare 13, 16 und 48, 48. Das Zahnrad
23 kämmt mit einem Zahnrad 36, das durch eine Hohlwelle36a starr mit einem Zahnrad
37 verbunden ist, das seinerseits wieder mit dem Zahnrad 38 einer von drei Taumelscheibenwellen
39 kämmt (s, Fig. 2 und 3). Das Zahnrad 23 kämmt auch noch mit einem innenverzahnten
äußeren Zentralrad22, das fest auf einer Hohlweile 22 a sitzt, die an ihrem rechten
Ende 21 eine drehfeste, aber längsverschiebbare Kupplungsmuffe 20 trägt, deren Klauen,
beim Verschieben nach links mit Klauen 19 eines Zahnrades 18 in Eingriff gebracht
werden. Das Zahnrad 18 sitzt fest auf einer Hohlwelle 18a, die an ihrem linken.
Ende ein Zahnrad 17 trägt, das mit dem Planetenzahnrad 16 kämmt. Das Zahnrad 16
ist über die Welle 14 fei mit Zahnrad 13 verbunden, und letzteres kämmt mit einem
Zahnrad 12, das durch Zahnräder 11 und 10 von einer Vorgelegewelle 7 angetrieben
wird; die Vorgelegewelle 7 wird durch Zahnräder 5 und 6 von der Antriebswelle 2
aus angetrieben und trägt noch ein Zahnrad 43, das mit einem Zahnrad 44 kämmst,
welches über eine Hohlwelle 44c ein Zahnrad 45 antreibt. Das Zahnrad 45 treibt über
das Planetenradpaar 46, 48, welches starr verbunden durch die Welle 47 ist, ein
Zahnrad 49 an, das durch eine Hohlwelle 49 a fest mit einem Zahnrad 50 verbunden
ist. Die Zahnräder 50 und 18 treiben die zweite und dritte Taumelscheibenwelle 39.
In
den Umfang einer Schalttrommel 33 sind, Kurvenbahnen eingefräst, in welche Stifte32
und 41 von Schaltstangen 30 und 40 eingreifen. Die Schalttrommel 33 trägt ein Zahnrad
34, welches durch eine Zahnstange 35, die senkrecht zur Bildebene durch das Gehäuse
1 geht, um einen bestimmten Winkel gedreht werden kann. Der Stift 32, der durch
die Schaltstange 30 mit Stangen 29 und 31 verbunden. ist, betätigt die zwei Kupplungsmuffen
28 und. 20, und. zwar derart, daß immer nur eine von beiden eingekuppelt ist. Der
Stift 41 sitzt an einer Schaltstange 40, die links in der Zwischenwand .8 drehfest,
aber längsverschiebbar gelagert ist. An. ihrem rechten Ende trägt sie einen Bund
52 (s. Fig. 2), der in eine drehbare Keilnutenwelle 42 hineinragt und durch die
dort eingepreßte Büchse 53 an einer relativen Längsverschiebung zur Keilnutenwelle
42 gehindert ist. Die Keilnutenwelle 42 kann also durch die undrehbare Schaltstange
40 in beiden Richtungen verschoben werden. Sie wird durch das Zahnrad 38 angetrieben
und ist sowohl in der hohlen Taumelscheibenwelle 39 des Zahnrades 38 als auch auf
dem linken Ende einer Welle 71 längsverschiebbar, aber drehfest. Die Welle 71 ist
mit ihrem rechten Ende in einem Zylinderkörper 67 drehbar gelagert und wird dort
durch einen Bund 71a und eine Büchse 84 unverschiebbar festgehalten.
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Die Keilnutenwelle 42 trägt an zwei Bolzen 80 zwei Laschen 54, die
durch einen Bolzen 55 mit einer Taumelscheibe 56 verbunden sind. Auf der Taumelscheibe
56 läuft auf zwei Kugellagern 57 ein Ring 81, an welchem in Kugelgelenken 58 Kolbenstangen
59 befestigt sind, die an ihrem anderen Ende ebenfalls kugelig in Kolben 60 befestigt
sind. Die Taumelscheibe 56 ist auf zwei Zapfen 61 der Welle 71 schwenkbar. Die Welle
71 besitzt noch eine zweite starre. Taumelscheibe 62, die in Fig. 2 unter einem
Winkel zur Bildebene steht, derart, daß die Maximalausschläge der Taumelscheibe
62 unter 90° verdreht zu denen der Taumelscheibe 56 liegen. Die Taumelscheibe 62
betätigt über Kugellager 63 einen Ring 82, und dessen Kugelgelenke 64 betätigen
Stangen 65, deren rechte Enden ebenfalls kugelig schwenkbar mit Steuerschiebern
66 verbunden sind. Der Zylinderkörper 67 ist in der rechten Außenwand des Gehäuses
1 (s. Fig. 1) gelagert und treibt über ein Zahnrad68 ein Zahnrad83, das fest auf
der Abtriebswelle3 sitzt. Zahnrad 83 kämmt mit entsprechenden Zahnrädern 68 der
beiden anderen Zylinderkörper. Ein Druckkanal 70 im Zylinderkörper 67 ist verbunden
mit einer axialen Bohrung 70a, die sich nach rechts in ein Rohr 70 b fortsetzt,
das durch eine stillstehende Hülse 72 öldicht umschlossen wird. Die drei Hülsen
72 der drei Zylinderkörper 67 sind durch Leitungen 77 miteinander verbunden (Fig.
2 und 3). Ein axialer Saugkanal 69, der über eine radiale Bohrung 69a mit dem Zylinder
verbunden ist, in dem sich der Steuerschieber 66 bewegt, führt nach rechts in ein
stillstehendes Rohrstück 73, das öldicht in den Zylinderkörper 67 hineinragt. Das
Rohrstück 73 trägt rechts einen Hohlflansch 76, der durch eine Ringleitung 75 mit
den zwei anderen Hohlflanschen verbunden ist und noch einen Nachfüllstutzen 74 besitzt.
Die. Ringleitungen 75 und 77 sind an der rechten Gehäusewand befestigt. Von den
drei hydraulischen Einheiten67 wird eine über 26 direkt, eine über 43 mit geringer
Untersetzung und eine dritte über 10 mit stärkerer Untersetzung angetrieben.
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Die Fig. 4 bis 7 sind für eine Gesamtuntersetzung des Getriebes von
1: x = 1: 6 gezeichnet. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß dabei der Mittelwert der
hydraulischen Leistung etwa 20 % der Gesamtleistung wird. In Fig. 5, 6 und 7 beziehen.
sich die strichpunktierten Linien auf diejenige hydraulische Einheit 67, die: über
26, 25, 23, 36, 37 und 38 angetrieben wird.
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In Fig. 5 zeigt die Kurve 94, 95 die Abnahme des Hubvolumens der hier
als Pumpe arbeitenden Einheit, während diese von 95 bis 96 als Motor läuft. Der
Verlauf dieser Kurven wird durch entsprechend eingefräste Nuten in der Verstelltrommel
33 gewährleistet. Die Umschaltung geschieht lediglich dadurch. daß im Punkt 95 die
Taumelscheibe durch Null hindurch nach der anderen Seite ausgeschwenkt wird. Dabei
ändert sich der Drehsinn nicht, aber das Drehmoment wechselt. Es muß deshalb und.
weil nun auch ein viel größeres Abstützmoment benötigt wird, diese hydraulische
Einheit, die seither als Pumpe über das treibende Zahnrad 26 angetrieben wurde,
entkuppelt und mit der Welle des stark untersetzten Antriebszahnrades 17 gekuppelt
werden. Dies geschieht auf folgende Weise: Das Umlaufrad 23 (Fig. 1) ist im Eingriff
mit dem Innenzahnrad 22, auf dessen Hohlwelle am rechten Ende 21 die Kupplung 20
angebracht ist. Nun wird im Punkt 95 der Fig. 5 durch die Schalttrommel 33 mittels
des Stiftes 32 und der Schaltstangen 30, 31 und 29 gleichzeitig links die Kupplung
28 mit dem Zahnrad 26 außer Eingriff und rechts die Kupplung 20 der Welle 21 mit
dem Zahnrad 18 in Eingriff gebracht.
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Der Antrieb dieser hydraulischen Einheit 67 erfolgt also jetzt über
die Teile 7, 10, 11, 12, 13, 16, 17, 18. 21, 22, 23, 36, 37, 38. Der zugehörige
Drehzahlverlauf des Zahnrades 36 ist in Fig. 6 durch die Linien 101. 102 und 103
gezeigt. In Fig. 7 zeigt die Linie 108, 109 und 110 die Differenzdrehzahl zwischen
den Zahnrädern 38 und 68, also zwischen Taumelscheibe und Zylinderkörper.
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In Fig. 6 zeigt die strichdreipunktierte Linie 101. 106, 103 den Drehzahlverlauf
des innenverzahnten Zahnrades 22. Der Kupplungspunkt 106 ist durch die Wahl der
Umlaufräder so gelegt, daß er auf die Linie 107, 103 fällt, die den Drehzahlverlauf
der Zahnräder 18 und 17 zeigt. Damit ist das Hineinschieben der Kupplungsmuffe 20
in die Klauen des Zahnrades 18 bei gleichen Drehzahlen möglich. Es ist also kein
eigentliches Schalten, sondern nur ein Ineinanderschieben.
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In Fig. 7 entspricht der Punkt 109, d. h. der Knick der Linie 108,
110, dem Punkt 106 der Fig. 6 und dem Punkt 95 der Fig 5.
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In Fig. 5 zeigt die Kurve 91, 92 die Änderung des Hubvolumens der
zweiten, hier als Motor arbeitenden hydraulischen Einheit, die von Punkt 92 an bis
Punkt 93 als Pumpe läuft. In Fig. 7 liegt der zu Punkt 92 gehörende Umschaltpunkt
112 der Linie 111-113 auf der Nullinie, d. h., die Drehzahldifferenz zwischen Taumelsch.eibe
und Zylinder ist gleich Null. und die Unischaltung geht durch dein selbsttätigen
Wechsel des Drehsinnes mittels der Umläufer vor sich. Das Abstützdrehmoment ändert
hier seinen Sinn nicht. Der zugehörige Verlauf der Drehzahl der Zahnräder 49, 50
ist in Fig. 6 durch die Linie 104. 105 gezeigt.
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In Fig. 5 zeigt die Kurve 97, 98 und 96 die Änderung des Hubvolumens
der dritten, hier als Motor arbeitenden hydraulischen Einheit, die von dem Punkt
97 nach links mit dem Hubvolumen Null läuft. In Fig. 6 zeigt die Kurve 107, 106,
103 den Verlauf der Drehzahl des Zahnrades 17, 18 und in Fig. 7 die Linie 114. 115
den Verlauf der Drehzahldifferenz
zwischen Taumelscheibe und Zylinderkörper
der dritten hydraulischen Einheit.
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Wirkungsweise Es wird ausgegangen von einer Getriebeeinstellung. bei
welcher die Kupplung 28 die treibende. Welle 2 mit dem Zahnrad 26 verbindet, während
die Kupplung 20 außer Eingriff mit dem Zahnrad 18 ist und die Wellen 2 und 3 mit
gleicher Drehzahl umlaufen.. In den Fig.4 bis 7 gelten dann die Werte der linken
Begrenzungslinie. Der Nachfüllstutzen 74 (Fig. 1) wird durch eine Hilfspumpe od.
dgl. unter einem kleinen Öldruck gehalten. Nun wird die Schalttrommel 33 mittels
der Zahnstange 35 verdreht und damit die Stifte 41 verschoben, wodurch die ihnen
zugeordneten Taumelscheiben in ihrer Neigung geändert werden. Dadurch ändert sich
das Hubvolumen einer als Motor arbeitenden hydraulischen. Einheit nach 91,92 (Fig.
5) d. h., das Schluckvermögen des Motors wird vergrößert, und einer als Pumpe arbeitenden
zweiten hydraulischen Einheit nach 94, 95, d. h., ihre Fördermenge wird verkleinert,
also die Drehzahl des Motors und damit die Drehzahl der getriebenen Welle 3 wird
verringert. Die Differenzdrehzahlen zwischen Taumelscheibe und Zylinderkörper ändern
sich dabei entsprechend (Fig. 7, Linie 111, 112 bzw. 108, 109). Ab Punkt 97 der
Fig. 5 wird das Hubvolumen einer bis hierher mit dem Hubvolumen Null laufenden dritten.
hydraulischen Einheit vergrößert. Kurz danach, in Punkt 112 der Fig. 7, wird die
Drehzahldifferenz einer Einheit gleich Null und wechselt der Drehsinn der Taumelscheibe
relativ zum Zylinder, wodurch im Punkt 92 der Fig. 5 diese Einheit von jetzt ab
als Pumpe arbeitet. Wieder etwas später, im Punkt 95 der Fig. 5, ist das Hubvolumen
der seither als Pumpe arbeitenden hydraulischen Einheit 67 Null. Hier ist die Drehzahl
des seither leer mitlaufenden Innenzahnrades 22 genau gleich der des Zahnrades 18
(Punkt 106, Fig. 6). Die Schalttrommel bewegt jetzt über den Stift 32 die zwei Kupplungen.
28 und 20 nach. links, wodurch das Zahnrad 26 abgekuppelt und das Zahnrad 18 mit
der Welle 21 gekuppelt wird. Die Taumelscheibe56 wird dabei durch die Schafttrommel
über den Stift 41 und die Hülse 42 (Fig. 1) durch ihre Nullstellung hindurch nach
der anderen Seite zu geneigt, wodurch die hydraulische Einheit 67 von jetzt ab als
Motor arbeitet (Fig. 5).
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An der rechten Begrenzungslinie der Fig. 4 bis 7 ist die maximale
Untersetzung erreicht. Fig. 5 zeigt auch, daß die maximalen Volumen der drei Einheiten
ungefähr gleich groß sind. Um das Getriebe wieder zurück auf die Übersetzung 1 :
1 zu bringen, ist die Schalttrommel wieder zurückzudrehen, wodurch die Hubvolumen,
entsprechend der Fig. 5 geändert werden. Um noch höhere Untersetzungen zu ermöglichen,
kann der Antrieb anstatt in drei in vier oder mehr untersetzte Antriebe gespalten
werden, wodurch der hydraulisch zu übertragende Leistungsteil trotz großer Gesamtuntersetzung
immer gleich klein gehalten werden kann.. Die drei oder mehr hydraulischen Einheiten
können auch in. einem Körper zusammengefaßt werden oder sonstwie angeordnet sein.
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Die Zeichnung zeigt nur eine der möglichen Ausführungsformen.
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Von besonderer Bedeutung ist dabei der Gedanke, die Umstellung jeder
hydrostatischen Einheit von Motor auf Pumpe oder umgekehrt dadurch zu ermöglichen,
daß der Hub ihrer Taumelscheibe durch Null hindurchgeschwenkt wird. Weiterhin ist
als konstruktiver Gedanke hervorzuheben, daß sich der Antrieb des gezeichneten stufenlos
veränderlichen Getriebes, dessen. Leistung sich in bekannter Weise in mehrere mechanische
Stränge und mehr als einen hydrostatischen Strang verzweigt, über Umlaufrädergetriebe
verzweigt, wobei die hydrostatischen Einheiten durch eine Schalttrommel stufenlos
verstellbar sind, und daß die Durchmesserverhältnisse der Räder der Umlaufgetriebe
so bemessen sind, daß innerhalb des Gesamtverstellbereiches des Getriebes an mindestens
einem Punkt in mindestens einer hydrostatischen Einheit die Drehzahl des die Kolben.
betätigenden Organs, z. B. einer Taumelscheibe, relativ zum Zylinderblock durch
Null hindurchgeht.