DE1904831A1

DE1904831A1 - Stufengetriebe,insbesondere fuer den Einbau in die Nabe eines Fahrzeugantriebsrades mit einem eigenen Antriebsmotor

Info

Publication number: DE1904831A1
Application number: DE19691904831
Authority: DE
Inventors: Besterman Levi Daniel
Original assignee: MALMSVETS AB
Current assignee: MALMSVETS AB
Priority date: 1968-02-15
Filing date: 1969-01-31
Publication date: 1969-09-04
Also published as: FR2001966A1; SE327633B

Description

PATENTANWÄLTE DIPL..INC. H. LEINWEBER dipping. H. ZIMMERMANN

t MUiKiMiI2,RosMtal7,

T«i.-Adr. LelnpatMMiKlMHi T.I.fon (ItH)UIfIf

31. Januar 1969

Unser ZaidM«

Z/Lo

AB Malmsvets, GiLLIVARE (Schweden)

Stufengetriebe, insbesondere für den Einbau in die Nabe eines Fahrzeugantriebsrades mit einem eigenen Antriebsmotor

Die Erfindung bezieht sich auf ein Stufengetriebe, insbesondere zum Einbau in "die Nabe eines Fahrzeugantriebsrades, das mit einem eigenen, in der Nähe des Bades angeordneten, vorzugsweise hydraulischen Antriebsmotor versehen ist.

Fahrzeugantriebsräder der genannten Art werden vorzugsweise bei' geländegängigen Fahrzeugen und bei radgetragenen, Selbstlaufenden Arbeitsmaschinen benutzt, die sich während ihrer eigentlichen Arbeit nur mit mäßigen Geschwindigkeiten bewegen müssen, dann aber auch gewöhnlicherweise ein hohes Drehmoment an den Hadern erfordern. Damit der Sadantriebsmotor dabei eine mäßige Größe erhalt, so daß er sich ohne "besondere Schwierigkeiten ganz nahe am Antriebsrad anbringen läßt, muß ein schneilaufender Motor benutzt werden, Damit das Fahrzeug oder die Maschine

mit der der eigentlichen Arbeit angepaßten Geschwindigkeit angetrieben werden kann, ist dann aber ein hohes Untersetzungsverhältnis zwischen Motor und Ead erforderlich. Diese Arbeitsgeschwindigkeit ist dabei gewöhnlicherweise stark beschränkt, z.B. zu höchstens 15 bis 20 km/h, was aber dann unbefriedigend ist, wenn das Fahrzeug oder die Maschine längere Strecken bewegt werden soll, z.B. zwischen verschiedenen Arbeitsplätzen auf guten Straßen. Bisher sind deshalb solche Bewegungen gewöhnlicherweise durch Schleppen durchgeführt worden, wobei die Antriebsmotoren des Fahrzeugs untätig blieben.

Die Grundaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein Stufengetriebe zu schaffen, das zum Einbau in der Uabe eines derartigen Antriebrades besonders geeignet ist und eine Wahl zwischen zwei Üntersetzungsverhältnissen ermöglicht, und zwar einem höheren für schwere Arbeitsverhältnisse und einem niedrigeren für leichtere Transportverhältnisse. Dabei ist es \ wesentlich, daß das Getriebe sehr kompakt aufgebaut ist und im \ übrigen den besonderen Anforderungen entspricht, die sich im Hinblick auf die beabsichtigte Montage und Funktion stellen. ; Außer einer Wahl zwischen den beiden Untersetzungen soll es au möglich sein, eine Kraftübertragung zwischen der eingehenden u?>dj : der ausgehenden Welle zu verhindern, d.h. das Bad vom Antriebs·= ,; motor frei zukupp ein. Darüber hinaus ist es wünschenswert, daß : sich das Getriebe auf hydraulischem Weg fernbetätigen läßt, se ; daß die Betätigung bei Bedarf auch automatisiert werden kann»

j- Biese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Stufen- ^! getriebe gelöst, das eine eingehende, auge trieben© Walls liat, ^: die mit dem Sonnenrad eines Planetengetriebes verbunden ist,

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dessen Planetenradbrücke eine Anzahl von frei rotierbaren Radsätzen trägt, die je teils ein mit dem Sonnenrad sowie mit dem Außenring des Planetengetriebes zusammenwirkendes Planetenrad, teils ein mit diesem Planetenrad unverdrehbar verbundenes Zwi-

; schenrad, das mit einer Verzahnung auf einer mit der eingehenden Welle koaxialen aber von derselben getrennten, ausgehenden Welle in Eingriff steht, umfassen, wobei dieses Getriebe in seiner erfindungsgemäßen Ausgestaltung dadurch gekennzeichnet ist, daß auch der Außenring des Planetengetriebes rotierbar gelagert ist, und daß Kupplungsvorrichtungen zum alternativen Bremsen des Außenringes bzw. der Planetenradbrücke des Planetengetriebes zum Stillstand vorgesehen sind, wobei die Zwischenräder bei gebremstem Außenring und frei umlaufender Planetenradbrücke die ausgehende Welle mit einer ersten Untersetzung in

; Abhängigkeit des Abrollens der Planetenräder über den still-

^! stehenden Außenring antreiben, während sie bei gebremster Plane-» tenradbrücke und frei umlaufendem Außenring die ausgehende Welle mit einer zweiten Untersetzung antreiben, die wie in einem Zapfe M-getriebe nur von dem Durchmesserverhältnis zwischen dem Sonnenrad und den Planetenrädern sowie zwischen den Zwischenrädern und der Verzahnung der ausgehenden Welle abhängig ist. Die Verzahnung; der ausgehenden Welle nimmt dabei vorzugsweise die Gestalt einea im Verhältnis zu den Zwischenrädern zentral angeordneten Zahnrades an, das auf der ausgehenden Welle befestigt' ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes sind die Kupplungsvorrichtungen zum Bremsen des Außenrings bzw. der Planetenradbrücke des Planetengetriebes als

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Lamellenkupplungen ausgebildet, worin die Scheibenringe wechselweise unverdrehbar mit dem Außenring bzw. der Planetenradbrücke und mit einem festen Teil des Getriebes, z.B. einem umschließenden Getriebegehäuse, verbunden und unter dem Einfluß eines axial verschiebbaren Betätigungsorgans für jede Kupplung zusammendrückbar sind. Dadurch wird eine günstige Ausbildung

■ der Getriebekomponenten erreicht, und es wird auch möglich, eine hydraulische Betätigung der Kupplungen ohne verwickelte Iei-

>| tungsanlagen für die Zuführung des erforderlichen Betätigungs-ί
druckmittels vorzusehen.

; Eine besonders günstige Ausgestaltung wird erreicht, wenn j das Betätigungsorgan für jede Lamellenkupplung die Gestalt eines

■ in einer konzentrisch mit dem Außenring bzw. der Planetenradbrücke angeordneten Ringkammer abgedichtet und axial verschiebbar gelagerten Ringkolbens hat, wobei das Innere einer jeden Ringkammer mit einer Druckquelle zur selektiven Zuführung eines Druckmittels für die Betätigung des Ringkolbens in Verbindung steht. Dadurch wird nämlich eine gleichförmige Verteilung der auf den Scheibenringen wirkenden Druckkraft mit einer Mindestzahl, von beweglichen Teilen möglich.

Die Erfindung wird nachfolgend näher erläutert und zwar unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel, das teilweise schematisch auf den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht ist. Es zeigen:

Fig. i in stark verkleinertem Maßstab einen Axialschnitt durch ein hydraulisch angetriebenes Fahrzeugrad mit einem eingebauten Getriebe gemäß der Erfindung und

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Fig. 2 einen Axialschnitt durch das Getriebe selbst in etwas größerem Maßstab.

Das in Fig. 1 dargestellte Fahrzeugantriebsrad kann selbstverständlich in jeder geeigneten Anzahl an einem Fahrzeug oder an einer selbstfahrenden Maschine verwendet werden, wobei

: die verschiedenen Räder in zweckmäßiger Weise an eine eventuell

! gemeinsame Druckmittelquelle und erforderliche Betriebssteuermittel angeschlossen werden. Da das Druckmittel sowohl für die

■ Badantriebsmotoren wie für die im Getriebe vorgesehenen Kupplungen durch biegsame Schlauchleitungen zugeführt werden kann, eignen sich derartige Fahrzeugantriebsräder besonders für solche Fahrzeug- und Maschinenkonstruktionen, bei denen die Räder eine große Beweglichkeit gegenüber dem Fahrzeuggestell od.dgl. aufweisen.

In Fig. 1 bezeichnet 1 eine unverdrehbare Rohrachse oder eine Schutzhülle, die einen Hydraulikmotor 2 umschließt und die in geeigneter Weise mit dem nicht dargestellten Fahrzeuggestell verbunden ist, um dasselbe zu tragen. Der Motor 2 ist in diesem

-Fall direkt mit der eingehenden Welle 3 eines in der Radnabe eingebauten Getriebes verbunden, das in Fig. 2 deutlicher gezeigt wird. Auf dieser eingehenden Welle 3 ist unyerdrehbar ein Sonnenrad 4 eines Planetengetriebes befestigt, dessen Außenring 5 in einem Teil 6 eines das Getriebe umschließenden Gehäuses drehbar gelagert ist, und zwar mittels eines Kugellagers 7. Das Getriebe hat eine ausgehende Welle 8, die koaxial zur,eingehenden Welle 3 gelagert, aber von derselben getrennt ist. Am inneren Ende der Welle 8 ist ein Zahnrad 9 befestigt, das einen anderen Durchmesser als das Sonnenraä des Plaaetengetriebes aufweist.

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Die Verbindung zwischen der eingehenden Welle 3 und der ausgehenden Welle 8 des Getriebes wird dadurch bewirkt, daß die ! Planetenräder 10 des Planetengetriebes je in einem Stück mit einem Zwischenrad 11 ausgebildet oder mit demselben unverdrehbar verbunden sind, wobei diese Zwischenräder in Zahneingriff mit dem Zahnrad 9 auf der ausgehenden Welle 8 stehen. Von diesen, aus je einem Planetenrad und einem Zwischenrad zusammengesetzten Badsätzen gibt es vorzugsweise drei. Es können aber auch mehr oder weniger vorgesehen sein, und sie sind in zweckmäßiger Weise um das Sonnenrad 4 und das Zahnrad 9 verteilt. Die Badsätze sind an Zapfen 12 drehbar gelagert, die von einer Planetenbrücke 13 ausragen, welche ebenso wie der Außenring des Planetengetriebes in einem Teil 13 des Getriebegehäuses drehbar gelagert ist, und zwar mittels eines Lagers 15. Die Planetenbrücke 13 ist dabei ringförmig und trägt in ihrem Inneren ein Lager 16 für die ausgehende Welle 8. Innerhalb des Erfindungsgedankens sind jedoch auch andere Ausbildungen der Lagerung für die ausgehende Welle denkbar.

Der Außenring 5 und die Planetenbrücke 16 des Planetengetriebes sind je für sich so angeordnet, daß sie bis zum Stillstand gegenüber dem Getriebegehäuse abgebremst werden können, und zwar mittels Kupplungen und Betätigungsmittel, die in beiden Fällen grundsätzlich gleichartig sind. Die Kupplungen sind dabei als Lamellenkupplungen ausgebildet, die Reihen τοη Lamellen- oder Scheibenringen umfassen, von denen jeder zweite, und zwar die linge 17 beim Außenring 5 und die Binge 18 bei der Planetenbrücke 13 am umlaufenden Teil unverdrehbar, aber axial verschiebbar gelagert ist, während die übrigen, und swar die

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Lamellenringe 19 der Außenringkupplung und die Lamellenringe : 20 der Planetenbrückenkupplung im Getriebegehäuse unverdrehbar, . aber axial verschiebbar gelagert sind.

Die Kupplungen werden durch je einen Hingkolben 21 bzw. 22 betätigt, der in einer Ringkammer 23 bzw. 24 im Getriebegehäuse angeordnet ist. Die Ringkolben 21, 22 sind in ihren zugehörigen Bingkammern dichtend in axialer Richtung Terschiebbar, und wenn Druckmittel dem Inneren der betreffenden Ringkammern durch die Druckleitungen 25 bzw. 26 zugeführt wird, so bewegt sich der entsprechende Ringkolben in der Richtung nach der zugehörigen Reihe von Lamellenringen und drückt sie zusammen. Die Ringkolben sind von den Wänden der zugehörigen Ringkammer ge-, führt und liegen an denselben dichtend an, wobei die Ringkammerwände in bekannter Weise mit versenkten O-Ringen oder ähnj liehen Dichtungsvorrichtungen versehen sein können.

^: Wie wiederum aus Fig. 1 hervorgeht, ist die ausgehende Welle 8 an ihrem äußeren Ende angeordnet, um das Fahrzeugrad durch ein Reduktionsgetriebe vomPlanetentypus anzutreiben, wobei die ausgehende Welle 8 ein Sonnenrad 27 trägt, das mit PIanetenrädern 28 eingreift, welche auf Zapfen drehbar gelagert sind, die an einem nabenkapselähnlichen Teil 29 des Rades be-, festigt sind. Die Planetenräder 28 sind auch hier in einem Stück mit je einem zweiten Zahnrad 30 ausgebildet, und 'diese Zahnräder wirken mit einem Außenring 31 zusammen, der in dem festen Radnabenteil 32 angeordnet ist. Der nabenkapselähnliche Teil 29

■■ ist mit der Badfelge 33 verbunden, die um den festen Nabenteil 32 drehbar gelagert und mit einer Bremstrommel 34 versehen ist, ι mit der nicht näher gezeigte Bremsbacken zum Bremsen des Rades ! zusammenwirken.

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Das Getriebe selbst arbeitet wie folgt: Wenn der Außenring 5 mittels der Lamellenkupplung 17, 19 gebremst wird, funktioniert das Getriebe als ein Planetengetriebe mit rotierender Planetenbrücke. Die Rotation der eingehenden Welle 3 wird durch das Sonnenrad 4 zu den Planetenrädern 10 übergeführt, die dabei über den stillstehenden Außenring 5 abrollen, so daß die Planetenbrücke gedreht wird. Gleichzeitig wird die Drehung der Planetenräder 10 durch die Zwischenräder 11 zum Zahnrad 9 der ausgehenden Welle 8 übergeführt, das ja einen größeren Durchmesser als das Sonnenrad 4 aufweist. Das Zahnrad 9 wird dabei mit einer reduzierten Geschwindigkeit im Verhältnis zu dem Sonnenrad 4 angetrieben. Dieser Getriebegang wird unter leichteren Transportverhältnissen benutzt.

Wenn das Fahrzeug unter schwereren Verhältnissen und mit niedriger Geschwindigkeit arbeiten soll, wird stattdessen die Planetenbrücke λ^ mittels der Lamellenkupplung 18, 20 gebremst, während der Außenring 5 des Planetengetriebes zum Freilauf freigegeben wird. Dabei wird die Rotation der eingehenden Welle 3 durch das Sonnenrad 4 zu den Planetenrädern 5 und von diesen durch die Zwischenräder 11 zum Zahnrad 9 auf der ausgehenden Welle 8 übergeführt. Dabei arbeitet also das Getriebe als ein gewöhnliches Zapfengetriebe. Das Untersetzungsverhältnis wird dadurch wesentlich größer als im vorangehenden Fall, d.h. die Drehzahl der ausgehenden Welle im Verhältnis zur Drehzahl der _: eingehenden Welle wird niedriger als vorher.

Unter gewissen Umständen, z.B. wenn das Fahrzeug zufolge Betriebsstörungen in seinem eigenen Mechanismus abgeschleppt werden muß, werden sowohl der Außenring 5 wie auch die Planeten-

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"brücke 13 im Planetengetriebe zum Freilauf ausgekuppelt, wobei die Rotation der dann vom Rad angetriebenen, ausgehenden Welle 8 nicht zu der eingehenden Welle und auch nicht zum Antriebsmotor übergeführt werden kann. Es besteht dann keine Gefahr, daß der Motor überdreht und deshalb beschädigt wird.

Es dürfte ohne weiteres einleuchtend sein, daß die Lamellenkupplungen 17, 19 bzw. 18, 20 nicht gezeigte Federn umfassen müssen, die die Lamellenringe auseinanderführen und somit eine Auskupplung bewirken, sobald der Druck des Betätigungsmittels in den Ringkammern 23, 24 der betreffenden Ringkolben 21, 22 unter einen gewissen Wert fällt. Das Betätigungsdruckmittel wird also jedesmal nur der einen oder der anderen Ringkammer zugeführt und nur dann,-wenn ein Antrieb erwünscht ist. Die hydraulische Betätigung der Kupplungen ist selbstverständlich besonders günstig in den Fällen, in denen das Rad mittels eines Hydraulikmotors angetrieben wird, so daß Druckmittel stets auf dem Fahrzeug zur Verfügung steht. Die hydraulische Getriebebetätigung eignet sich auch vortrefflich zu einer Automatisierung, wobei' eine automatische Schaltung abhängig vom Öldruck im Druckmittelzuführungskreis zum hydraulischen· Motor des Rades bewirkt wird. In manchen Fällen ist jedoch eine manuell gesteuerte Gangschaltung ausreichend, und diese läßt sich dann durch die Betätigung eines einfachen und billigen Schaltventils mit drei Stellungen und vom Standardtyp durchführen.

Die Untersetzungsverhältnisse des beschriebenen Getriebes können selbstverständlich durch eine zweckmäßige Dimensionierung der eingehenden Zahnradkompanenten variiert werden,

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und die Gesamtuntersetzung zwischen dem Antriebsmotor und dem Rad kann auch durch.eine andere Dimensionierung der Planetenübertragung 27-31 zwischen der ausgehenden V/elle 8 des Getriebes und dem Fahrzeugrad selbst verändert werden.

Obwohl der Erfindungsgegenstand geschaffen wurde, um besonderen Forderungen, die sich im Zusammenhang mit einem hydros Mischen Fahrzeugantrieb zeigten, Rechnung zu tragen, kann das beschriebene Getriebe selbstverständlich auch innerhalb ande rer Gebiete der Technik Verwendung finden, wo zwei Getriebestufen ausreichen, und die Vorteile der Konstruktion ausgenutzt werden können.

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Claims

Patentansprüche :

J\J Stufengetriebe, insbesondere für den Einbau in die labe eines Fahrzeugantriebsrades, das mit seinem eigenen, in der Nähe des Rades angeordneten und beispielsweise hydraulischen Antriebsmotor versehen ist, mit einer eingehenden, angetriebenen Welle (3), die mit dem Sonnenrad (4) eines Planetengetriebes ver· bunden ist, dessen Planetenradbrücke (13) eine Anzahl von frei rotierbaren Radsätzen trägt, die je teils ein mit dem Sonnenrad sowie mit dem Außenring (5) des Planetengetriebes zusammenwirkendes Planetenrad (10), teils ein mit diesem Planetenrad unverdrehbar verbundenes Zwischenrad (11), das mit einer Verzahnung (9) auf einer mit der eingehenden Welle koaxialen, aber von derselben getrennten, ausgehenden Welle in Eingriff steht, umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Außenring (5) des Planetengetriebes rotierbar gelagert ist, und daß Kupplungsvorrichtungen (17-26) zum alternativen Bremsen des Außenringes (5) bzw. der Planetenradbrücke (13) des Planetengetriebes zum Stillstand vorgesehen sind, wobei die Zwischenräder (11) bei gebremstem Außenring und frei umlaufender Planetenradbrücke die ausgehende Welle 8 mit einer ersten Untersetzung in Abhängigkeit des Abrollens der Planetenräder über den stillstehenden .. Außenring antreiben, während sie bei gebremster Planetenradbrücke und frei umlaufendem Außenring die ausgehende Welle mit einer zweiten Untersetzung antreiben, die wie in einem Zapfengetriebe nur von dem Durchmesserverhältnis zwischen dem Sonnenrad und den Planetenrädern sowie zwischen den Zwischenrädern und der Verzahnung der ausgehenden Welle abhängig ist.

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2. Stufengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung (9) der ausgehenden Welle (8) die Gestalt eines im Verhältnis zu den Zwischenrädern (11) zentral angeordneten Zahnrades annimmt.
3. Stufengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsvorrichtungen (17-26) zum Bremsen des Außenrings (5) bzw. der Planetenradbrücke (13) des Planetengetriebes als Lamellenkupplungen ausgebildet sind, in denen die Scheibenringe (17-20) wechselweise unverdrehbar mit dem Außenring bzw. der Planetenradbrücke und mit einem festen Teil des Getriebes, z.B. einem umschließenden Getriebegehäuse (6, 14) verbunden und unter dem Einfluß eines axial verschiebbaren Betätigungsorgans (21, 22) für jede Kupplung zusammendrückbar sind.
4. Stufengetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsorgan für jede Lamellenkupplung die Gestalt eines in einer konzentrisch mit dem Außenring (5) bzw. der Planetenradbrücke (13) angeordneten Ringkammer (23, 24) abgedichtet und axial verschiebbar gelagerten Ringkolbens (21, 22) hat, wobei das Innere einer jeden Ringkammer mit einer Druckquelle zur selektiven Zuführung eines Druckmittels für die Betätigungdes Ringkolbens in Verbindung steht.

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