DE102007022077A1

DE102007022077A1 - Geriebeanordnung mit verstellbarem Übersetzungsverhältnis

Info

Publication number: DE102007022077A1
Application number: DE200710022077
Authority: DE
Inventors: Bernd Kempf; Helmut Weis
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2007-05-11
Filing date: 2007-05-11
Publication date: 2009-01-08

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Getriebeanordnung (10) mit einer Riemenscheibe (12), einem Antrieb (18) mit verstellbarer Drehzahl, einem Planetengetriebe (14) und einer Abtriebswelle (16), wobei die Riemenscheibe (12) mit dem Hohlrad (34) starr verbunden ist, der verstellbare Antrieb (18) mit dem Sonnenrad (30) antriebsverbunden ist und die Abtriebswelle (16) mit dem Planetenträger (32) verbunden ist. Es wird vorgeschlagen, dass die Riemenscheibe (12) zylindrisch ist und einen Hohlraum (28) umfasst, in dem das Planetengetriebe (14) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung mit:
einer Riemenscheibe,
einem Antrieb mit verstellbarer Drehzahl,
einem Planetengetriebe, das ein Hohlrad, einen Planetenradträger mit daran drehbar befestigten Planetenrädern, die mit dem Hohlrad kämmen, und ein Sonnenrad aufweist, das mit den Planetenrädern kämmt,
und einer Abtriebswelle,
wobei die Riemenscheibe mit dem Hohlrad starr verbunden ist, der verstellbare Antrieb mit dem Sonnenrad antriebsverbunden ist und die Abtriebswelle mit dem Planetenträger verbunden ist.
Stand der Technik
Bei landwirtschaftlichen Erntemaschinen ist es in vielen Fällen sinnvoll, Erntegutförderelemente und/oder Erntegutbearbeitungselemente mit variablen Drehzahlen anzutreiben, um letztere an das jeweilige Erntegut oder eine bestimmte Erntesituation anpassen zu können. Als Beispiel seien Dreschtrommeln ( DE 199 17 171 A ) und Reinigungsgebläse ( DE 22 23 784 A ) von Mähdreschern oder Vorpresswalzen ( DE 198 12 500 A ) und Fördergebläse ( DE 10 2005 038 553 A ) von Feldhäckslern erwähnt.
Im Stand der Technik wird der Verbrennungsmotor der Erntemaschine mit relativ konstanter Drehzahl angetrieben, so dass Getriebe mit veränderbarem Übersetzungsverhältnis verwendet werden, um Erntegutförderelemente und/oder Erntegutbearbeitungselemente mit variablen Drehzahlen anzutreiben. Als derartige Getriebe werden üblicherweise Riemenvariatoren verwendet, insbesondere für Dreschtrommelantriebe ( DE 199 17 171 A ), oder rein hydraulische Antriebe ( EP 0 914 765 A ) oder Planetengetriebe, die ein mechanisch vom Verbrennungsmotor angetriebenes Element, ein hydraulisch mit veränderbarer Geschwindigkeit angetriebenes Element und ein Abtriebselement umfassen ( DE 198 12 500 A , DE 10 2004 039 462 A ), das mit dem anzutreibenden Erntegutförderelement und/oder Erntegutbearbeitungselement antriebsverbunden ist.
Bei selbstfahrenden Erntemaschinen stellt sich das Problem, dass für die verstellbaren Antriebe der Erntegutförderelemente und/oder Erntegutbearbeitungselemente nur ein eingeschränkter Raum zur Verfügung steht, und zwar insbesondere dann, wenn das Element über einen Riemen angetrieben wird und mit seiner Drehachse koaxial zur Riemenscheibe angeordnet sein soll. Riemenvariatoren benötigen verhältnismäßig viel Raum, und rein hydraulische Antriebe sind relativ kostenaufwändig.
Die als gattungsbildend angesehene DE 32 26 823 A beschreibt ein Stellkoppelgetriebe mit variabler Übersetzung für einen Kraftwagenantrieb, bei der ein von einem Verbrennungsmotor angetriebener erster Riemenvariator ausgangsseitig mit einem Hohlrad eines Planetengetriebes verbunden ist, während ein zweiter Riemenvariator über eine sich koaxial durch die abtriebsseitige Riemenscheibe des ersten Riemenvariator erstreckende Welle das Sonnenrad antreibt, und der Planetenradträger mit der Last, d. h. den Rädern, antriebsverbunden ist. Diese Anordnung ermöglicht zwar eine relativ große Drehzahlvariation (von Rückwärtsfahrt bis Höchstgeschwindigkeit), erfordert aber für die beiden Riemenvariatoren einen großen Aufwand und Platzbedarf.
Aufgabe der Erfindung
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, ein kompakt bauendes Getriebe mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis bereitzustellen, das über einen Riemen antreibbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst, wobei in den weiteren Patentansprüchen Merkmale aufgeführt sind, die die Lösung in vorteilhafter Weise weiterentwickeln.
Eine Getriebeanordnung umfasst eine zylindrische Riemenscheibe, die starr, d. h. nicht in ihrem wirksamen Durchmesser verstellbar ist, und an einer ihrer Seiten einen sich in axialer und radialer Richtung erstreckenden, ebenfalls zylindrischen Hohlraum bildet. In dem Hohlraum befindet sich ein Planetengetriebe mit einem Sonnenrad, einem Planetenräder tragenden Planetenradträger und einem Hohlrad. Das Hohlrad ist mit der Riemenscheibe starr verbunden, während das Sonnenrad mit einem Antrieb mit verstellbarer Drehzahl gekoppelt ist und der Planetenradträger mit einer Abtriebswelle verbunden ist.
Auf diese Weise erhält man eine kompakte Getriebeanordnung, bei der die Abtriebswelle, die Riemenscheibe und eine mit dem Antrieb mit verstellbarer Drehzahl verbundene, das Sonnenrad antreibende Antriebswelle koaxial angeordnet sind und die demnach – abgesehen vom Antrieb mit verstellbarer Drehzahl – nicht wesentlich mehr Bauraum benötigt als eine starre Riemenscheibe, die keine verstellbare Übersetzung bietet. Die erfindungsgemäße Getriebeanordnung kann anstelle einer starren Riemenscheibe eingebaut werden, was sich insbesondere an räumlich beengten Stellen vorteilhaft bemerkbar macht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt die Abtriebswelle auf einer ersten Seite der Riemenscheibe, während sich das Planetengetriebe und die mit dem Antrieb mit verstellbarer Drehzahl verbundene, das Sonnenrad antreibende Antriebswelle auf der zweiten Seite der Riemenscheibe befinden. Die Abtriebswelle erstreckt sich demnach axial durch die Riemenscheibe hindurch bis zum Planetengetriebe, mit dessen Planetenträger sie verbunden ist. Das ermöglicht es, die Riemenscheibe durch ein oder mehrere Wälzlager auf der Abtriebswelle abzustützen. Außerdem erhält man dadurch auf der ersten Seite der Riemenscheibe eine Möglichkeit, dort einen weiteren Hohlraum vorzusehen, in dem eine Lagerung für die Abtriebswelle angebracht werden kann, mit der die Abtriebswelle ortsfest abgestützt werden kann. Bei einer anderen Ausführungsform wäre es aber auch möglich, die mit dem Antrieb mit verstellbarer Drehzahl verbundene, das Sonnenrad antreibende Antriebswelle auf der ersten Seite der Riemenscheibe anzubringen, während das Planetengetriebe und die Abtriebswelle sich auf der zweiten Seite der Riemenscheibe befinden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, die mit dem Antrieb mit verstellbarer Drehzahl verbundene Antriebswelle, die koaxial zur Abtriebwelle angeordnet und mit dem Sonnenrad verbunden oder damit einteilig hergestellt ist, durch ein oder mehrere Wälzlager auf einem endseitigen Bereich der Abtriebswelle drehbar abzustützen. Dieser Bereich der Abtriebswelle kann gegenüber der übrigen Abtriebswelle verjüngt sein, um einen hinreichenden Raum für das Planetengetriebe und die Wälzlager bereitzustellen.
Als Antrieb mit verstellbarer Drehzahl kommt insbesondere ein Hydraulik- oder Elektromotor in Frage. Seine Ausgangswelle kann koaxial zum Sonnenrad angeordnet sein und diese ohne zwischengeschaltete Übersetzung oder Drehrichtungsumkehr antreiben, oder es werden zwischen der Ausgangswelle des Antriebs mit verstellbarer Drehzahl und dem Sonnenrad weitere Übertragungselemente angebracht, die beispielsweise durch ein Riemengetriebe, einen Kettentrieb oder ein Zahnradgetriebe realisiert werden können, was ein beliebiges Übersetzungsverhältnis ermöglicht und dann interessant ist, wenn in axialer Richtung der Getriebeanordnung Platzprobleme bestehen.
Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet für die erfindungsgemäße Getriebeanordnung ist, wie bereits erwähnt, selbstfahrende Erntemaschinen insbesondere in Form von Mähdreschern und Feldhäckslern. Die Riemenscheibe der Getriebeanordnung wird durch einen Riemen vom Verbrennungsmotor der Erntemaschine angetrieben, während die Abtriebswelle ein Erntegutbearbeitungselement und/oder ein Erntegutbearbeitungselement antreibt, beispielsweise ein Fördergebläse.
Die Drehzahl des Antriebs mit verstellbarer Drehzahl kann von einem Bediener vorgegeben oder durch Sensoren (s. DE 10 2005 038 553 A ) selbsttätig gesteuert werden, und es ist auch eine Regelung denkbar, die einen mit der Abtriebswelle zusammenwirkenden Drehzahlsensor umfasst, der mit einer Steuerung verbunden ist, die den Antrieb mit verstellbarer Drehzahl derart regelt, dass eine gewünschte Drehzahl der Abtriebswelle erreicht wird. Bei anderen Ausführungsformen kann der Antrieb mit verstellbarer Drehzahl auch ohne Rückkopplung auf eine gewünschte Drehzahl eingestellt werden.
Ausführungsbeispiel
Anhand der Abbildungen werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Es zeigen:
1 eine Schnittzeichnung durch eine erste Ausführungsform einer Getriebeanordnung,
2 eine Schnittzeichnung durch eine zweite Ausführungsform einer Getriebeanordnung, und
3 eine schematische seitliche Ansicht einer selbstfahrenden Erntemaschine in Form eines Feldhäckslers, bei der die Getriebeanordnung verwendet wird.
Die 1 zeigt eine schematische Schnittzeichnung durch eine Getriebeanordnung 10, die eine zylindrische Riemenscheibe 12, ein Planetengetriebe 14, eine Abtriebswelle 16 und einen Antrieb 18 mit verstellbarer Drehzahl umfasst. Die Riemenscheibe 12 umfasst einen mit Vertiefungen 20 ausgestatteten, kreiszylindrischen Umfang und an ihrer ersten, in der 1 links eingezeichneten Seite 24 einen ersten Hohlraum 22 und an ihrer zweiten, rechten Seite 26 einen zweiten Hohlraum 28, der sich in zwei Stufen topfförmig erweitert.
Innerhalb des zweiten Hohlraums 28 ist das Planetengetriebe 14 angeordnet, das ein Sonnenrad 30, einen Planetenradträger 32 und ein Hohlrad 34 umfasst. Der Planetenradträger 32 stützt mindestens drei um den Umfang des Sonnenrades 30 verteilte Planetenräder 36 drehbar ab, von denen ein einziges in der 1 eingezeichnet ist. Das Hohlrad 34 ist innen verzahnt, während das Sonnenrad 30 außen verzahnt ist, wie auch die Planetenräder 36, die mit dem Sonnenrad 30 und dem Hohlrad 34 kämmen. Das Hohlrad 34 ist Bestandteil eines Deckelelements 38, das mit der Innenseite des Mantels 40 der Riemenscheibe 12 verschraubt oder damit anderweitig verbunden (oder damit einteilig hergestellt) ist und das Planetengetriebe 14 in axialer Richtung abdeckt und gegen Umgebungseinflüsse schützt. Man könnte das Hohlrad 34 auch einteilig mit der Riemenscheibe 12 herstellen, und das Deckelelement 38 davon getrennt realisieren, oder alle drei separat ausführen und miteinander verbinden.
Der Planetenradträger 32 ist (z. B. durch eine Nut-Feder-Verbindung) starr mit der Abtriebswelle 16 verbunden, die sich durch eine mittlere Öffnung 42 in einer sich radial erstreckenden, mit der Riemenscheibe 12 einteiligen Stützscheibe 44 erstreckt, welche den ersten Hohlraum 22 vom zweiten Hohlraum 28 trennt. Zwischen der Abtriebswelle 16 und der Stützscheibe 44 ist ein Wälzlager 46 angeordnet, so dass die Riemenscheibe 12 auf der Abtriebswelle 16 drehbar abgestützt ist. Im ersten Hohlraum 22 befindet sich eine Lagerung 48, die wiederum die Abtriebswelle 16 an einer ortsfesten Wand 50 abstützt, die insbesondere mit einem Rahmen einer selbstfahrenden Erntemaschine (s. 3) verbunden ist.
Das Sonnenrad 30 ist mit einer Antriebswelle 52 einteilig ausgeführt, die sich durch Wälzlager 54 auf einem (gegenüber der übrigen Abtriebwelle 16) verjüngten endseitigen Bereich 56 der Abtriebswelle 16 abstützt und den Bereich 56 umschließt. Die Antriebswelle 52 umschließt mit ihrem sich nach rechts über den Bereich 56 hinaus erstreckenden Ende eine Ausgangswelle 58 des Antriebs 18 mit verstellbarer Drehzahl. Das Gehäuse des Antriebs 18 mit verstellbarer Drehzahl ist an einer ortsfesten Halterung 60 befestigt, die insbesondere mit einem Rahmen einer selbstfahrenden Erntemaschine (s. 3) verbunden ist.
Bei der zweiten Ausführungsform nach 2 sind mit der ersten Ausführungsform übereinstimmende Elemente mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet. Als wesentlicher Unterschied ist herauszustellen, dass der Antrieb 18 mit verstellbarer Drehzahl nicht in axialer Ausrichtung zur Riemenscheibe 12 angeordnet und koaxial zur Abtriebswelle 16 und zum Sonnenrad 30 positioniert ist, sondern radial gegenüber der Riemenscheibe 12 versetzt angeordnet ist. Somit treibt die Ausgangswelle 58 des Antriebs 18 mit verstellbarer Drehzahl eine zweite Riemenscheibe 62 an, die über einen (nicht eingezeichneten Riemen) eine dritte Riemenscheibe 64 antreibt, die auf die Antriebswelle 52 des Sonnenrades 30 aufgesetzt ist. Diese Anordnung baut in axialer Richtung kompakter als die Anordnung nach 2.
Die Funktionsweise beider erfindungsgemäßen Getriebeanordnungen 10 ist derart, dass die Riemenscheibe 12 von einem Verbrennungsmotor 138 her über einen Riemen 134 (s. 3) angetrieben wird. Die Drehzahl des Planetenträgers 32 und somit der Abtriebswelle 16 wird durch die Drehzahl des Sonnenrads 30 mitbestimmt, welche durch den Antrieb 18 mit variabler Drehzahl vorgegeben wird. Das Planetengetriebe 14 ist vorzugsweise derart dimensioniert, dass der Antrieb 18 mit verstellbarer Drehzahl sich mit seiner höchsten Drehzahl dreht, wenn die maximal benötigte Drehzahl der Abtriebswelle 16 erreicht wird, und bei der minimalen benötigten Drehzahl der Abtriebswelle 16 steht oder sich dann sogar rückwärts dreht.
Eine bevorzugte Anwendung der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung ist in der 3 dargestellt, die eine Erntemaschine 10 in der Art eines selbstfahrenden Feldhäckslers in schematischer Seitenansicht zeigt. Die Erntemaschine 100 baut sich auf einem Rahmen 112 auf, der von vorderen angetriebenen Rädern 114 und lenkbaren rückwärtigen Rädern 116 getragen wird. Die Bedienung der Erntemaschine 100 erfolgt von einer Fahrerkabine 118 aus, von der aus ein Erntevorsatz 120 in Form eines Aufnehmers einsehbar ist. Mittels des Erntevorsatzes 120 vom Boden aufgenommenes Erntegut, z. B. Gras oder dergleichen wird über einen Einzugsförderer 122 mit Vorpresswalzen, die innerhalb eines Einzugsgehäuses 124 an der Frontseite der Erntemaschine 100 angeordnet sind, einer unterhalb der Fahrerkabine 118 angeordneten Häckseltrommel 126 zugeführt, die es in kleine Stücke häckselt und es einem Fördergebläse 128 aufgibt. Das Gut verlässt die Erntemaschine 100 zu einem nebenher fahrenden Transportfahrzeug über einen um eine etwa vertikale Achse drehbaren und in der Neigung verstellbaren Austragschacht 130.
Ein Verbrennungsmotor 138 treibt im Betrieb eine Riemenscheibe 132 an, die sich um eine horizontal und quer zur Vorwärtsrichtung der Erntemaschine 100 erstreckende Achse dreht. Der Verbrennungsmotor 138 kann eine sich quer zur Vorwärtsrichtung erstreckende Kurbelwelle umfassen und die Riemenscheibe 132 direkt oder über weitere Übertragungselemente, z. B. Gelenkwellen und/oder Riemen antreiben, oder seine Kurbelwelle erstreckt sich in Vorwärtsrichtung und er treibt die Riemenscheibe 132 über ein Winkelgetriebe (und ggf. über weitere Übertragungselemente, z. B. Gelenkwellen und/oder Riemen) an. Die Riemenscheibe 132 treibt über einen Riemen 134 und eine Riemenscheibe 136 die Häckseltrommel 126 und über die Riemenscheibe 12 das Fördergebläse 128 an. Der Antriebsstrang der Häckseltrommel 126 und des Fördergebläses 128 kann durch eine zwischen der Riemenscheibe 132 und dem Verbrennungsmotor angeordnete Kupplung oder durch einen Mechanismus zum Spannen und Lösen des Riemens 134 in Bewegung versetzt oder angehalten werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19917171 A [0002, 0003]
- DE 2223784 A [0002]
- DE 19812500 A [0002, 0003]
- DE 102005038553 A [0002, 0014]
- EP 0914765 A [0003]
- DE 102004039462 A [0003]
- DE 3226823 A [0005]

Claims

Getriebeanordnung (10) mit: einer Riemenscheibe (12), einem Antrieb (18) mit verstellbarer Drehzahl, einem Planetengetriebe (14), das ein Hohlrad (34), einen Planetenradträger (32) mit daran drehbar befestigten Planetenrädern (36), die mit dem Hohlrad (34) kämmen, und ein Sonnenrad (30) aufweist, das mit den Planetenrädern (36) kämmt, und einer Abtriebswelle (16), wobei die Riemenscheibe (12) mit dem Hohlrad (34) starr verbunden ist, der verstellbare Antrieb (18) mit dem Sonnenrad (30) antriebsverbunden ist und die Abtriebswelle (16) mit dem Planetenträger (32) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Riemenscheibe (12) zylindrisch ist und einen Hohlraum (28) umfasst, in dem das Planetengetriebe (14) angeordnet ist.
Getriebeanordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebswelle (16) sich auf einer ersten Seite (24) der Riemenscheibe (12) erstreckt, während sich eine mit dem variablen Antrieb (18) antriebsverbundene Antriebswelle (52) und das Planetengetriebe (14) an einer zweiten Seite (26) der Riemenscheibe (12) befinden.
Getriebeanordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Riemenscheibe (12) durch ein Wälzlager (46) drehbar auf der Abtriebswelle (16) abgestützt ist.
Getriebeanordnung (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Riemenscheibe (12) auf ihrer ersten Seite (24) einen weiteren Hohlraum (22) umfasst, in dem eine Lagerung (48) der Abtriebswelle (16) angeordnet ist.
Getriebeanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit dem variablen Antrieb (18) verbundene, mit dem Sonnenrad (30) verbundene oder damit einteilige Antriebswelle (52) auf einem endseitigen Bereich (56) der Abtriebswelle (16) durch wenigstens ein Wälzlager (54) gelagert ist.
Getriebeanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (18) mit verstellbarer Drehzahl ein Hydraulikmotor ist.
Getriebeanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (18) mit verstellbarer Drehzahl eine koaxial zum Sonnenrad (30) angeordnete Ausgangswelle (58) umfasst.
Getriebeanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (18) mit verstellbarer Drehzahl eine über einen Riemenantrieb (62, 64) mit dem Sonnenrad (30) verbundene Ausgangswelle (58) umfasst.
Selbstfahrende Erntemaschine (100) mit einem Verbrennungsmotor (138) und einer Getriebeanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verbrennungsmotor (138) mit einem Riemen (134) in Antriebsverbindung steht, welcher die Riemenscheibe (12) der Getriebeanordnung (10) teilweise umschlingt und die Abtriebswelle (16) mit einem Erntegutförderelement und/oder einem Erntegutbearbeitungselement antriebsverbunden ist.
Selbstfahrende Erntemaschine (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Erntegutförderelement ein Fördergebläse (128) eines Feldhäckslers ist.