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Zahnräderwechselgetriebe Es wurden bereits 7ahnräderwechselgetriebe
vorgeschlagen, bei welchen die Zahnräder durch elektromagnetische Kupplungen, gegebenenfalls
unter Zwischenschaltung von Freilauf- oder Überholkupplungen, geschaltet -,rurden
und die Zahnräder hinter der Kupplungsgruppe -der elektromagnetischen Kupplungen
angeordnet waren. Die Zahnräder standen hierbei über eine sog. konstante Übersetzung
mit der Abtriebswelle des Getriebes in ständiger Antriebsverbindung. Diese Anordnung
hatte den Vorteil, daß die Kupplungen die für die einwandfreie Übertragung des Drehmomentes
erforderlichen Abmessungen unabhängig von der Bemessung der Zahnräder erhalten konnten
und die Kupplungstrommel der elektromagnetischen Kupplungen gleichzeitig als Schwungrad
des das Getriebe antreibenden Antriebsmotors ausgebildet werden konnte.
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Die ständige Antriebsverbindung der Zahnräder mit der Abtriebswelle
hat jedoch den Nachteil, daß in den höheren Gängen bzw. im .4. oder direkten Gang,
wann also die A-btriebswelle mit ihrer höchsten Drehzahl umläuft, die mit ihr in
ständiger Verbindung stehenden Zahnräder der niederen Gangstufen, insbesondere des
i. Ganges, eine sehr hohe, unter Umständen unzulässig hohe Drehzahl erhalten.
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Die Erfindung beseitigt diesen Nachteil dadurch, daß ein mit der getriebenen
Welle verbundenes Zahnradpaar mit dieser Welle bzw. mit den übrigen Zahnradpaaren
über eine Freilauf- oder Überholkupplung in Antriebsverbindung steht und die
übrigen
Zahnradpaare teilweise mit der treibenden Welle und teilweise mit der getriebenen
Welle kuppelbar sind, derart, daß der Antrieb von der treibenden Welle über ein
mit ihr kuppelbares Zahnradpaar und ein weiteres mit der getriebenen Welle kuppelbares
Zahnradpaar zur getriebenen Welle erfolgen kann und die Freilauf- oder Überholkupplung
hierbei durch Überholen selbsttätig ,unwirksam wird. Zweckmäßig leitet hierbei das
mit der getriebenen Welle verbundene, mit ihr bzw. mit den übrigen Zahnradpaaren
durch eine Freilaufkupplung in Antriebsverbindung stehende Zahnradpaar nur in niedrigstem
Gang den Antrieb auf die getriebene Welle weiter, während die Freilaufkupplung in
den übrigen Gängen durch Überholen unwirksam ist. Durch diese Anordnung kann erreicht
werden, daß die in dem oder den niedrigen Gängen bestehende Antriebsverbindung zwischen
den Zahnradpaaren und der getriebenen Welle in den höheren Gängen unterbrochen und
durch eine andere Übersetzung ersetzt wird, welche die Drehzahl der für die niedrigen
Gänge bestimmten Zähnräder verringert, wenn die höheren Gänge bzw. der höchste Gang
eingeschaltet sind.
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Des weiteren können in den einzelnen Zahnradübersetzungen weitere
Freilauf- oder Überholkupplungen angeordnet sein, welche selbsttätig durch Überholen
unwirksam werden, sobald ein höherer Gang eingeschaltet wird.
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Die Erfindung ist, obwohl sie auch für andere Getriebe Verwendung
finden kann, bei denen eine entsprechende Anordnung der Zahnradübersetzungen mit
Bezug auf die getriebene Welle erwünscht ist, insbesondere für solche Getriebe vorgesehen,
bei denen die einzelnen Gänge durch elektromagnetische Kupplungen geschaltet werden,
die vor der Zahnrädergruppe angeordnet sind. Für die einzelnen Gangübersetzungen
können ferner Kupplungseinrichtungen vorgesehen sein, welche eine wahlweise Kupplung
der Zahnräder mit ihren Wellen entweder durch eine nach beiden Drehrichtungen mitnehmende
Kupplung (Überholkupplung) ermöglichen. Die Schaltung der Kupplungen erfolgt hierbei
zweckmäßig derart in Abhängigkeit von einem Schaltglied, daß die Überholkupplungen
dann zur Wirkung gelangen, wenn von dem einen auf den anderen Gang umgeschaltet
wird.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt,
und zwar zeigt Abb. i einen schematischen Längsschnitt durch ein im Sinne der Erfindung
ausgebildetes Getriebe, Abb. z eine Schaltvorrichtung zur elektrischen Schaltung
des Getriebes, Abb. 3 bis 6 die Kraftübertragung des Getriebes im 1.,2.,3.und4.Gang,
Abb.7 eine weitere Ausführungsform des Getriebes in einem schematischen Längsschnitt,
Abb.8 die Schaltanordnung für die elektrische Schaltung dieses weiteren Getriebes,
und Abb. 9 bis 12 die Kraftübertragung des Getriebes im i. bis 4. Gang.
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In Abb. i ist rn die Motorkurbelwelle, mit welcher die zylindrische
Trommel z der elektromagretischen Kupplungen starr verbunden ist. An det Trommel
z sind die Anker e4, e12, e3 und e3' befestigt. In ihnen sind die Erregerspulen
s4, s12', s< und s3 in der dargestellten Weise angeordnet.
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Die getriebene Welle w ist durch das gesamte Getriebe hindurchgeführt
und an ihrem vorderen Ende in der Motorkurbelwelle gelagert. Konzentrisch zur getriebenen
Welle sind die Hohlwellen w23, w12 und w3 angeordnet. Auf der getriebenen Welle
sind, gegebenenfalls (was jedoch nicht dargestellt ist) verschiebbar, aber urdrehbar
angeordnet, die Kupplungsscheiben k4 und k23 befestigt, wobei die Kupplungsscheibe
k4 .durch die Erregerwicklung s4 mit dem Anker e4 und die Kupplungsscheibe k23 mit
dem Anker e23 bei Erregung der Spule s23 gekuppelt werden kann. Der Anker e23 ist
hierbei auf der Hohlwelle w23 befestigt. Des weiteren ist die Welle w12 mit der
Kupplungsscheibe k12 und, die Welle w3 mit der Kupplungsscheibe k3 starr bzw. uridrehbar
verbunden. Auf der Welle w12 ist ferner eine Kupplungsscheibe k12 über eine Freilauf-
bzw. eine Überholkupplung f12 und auf der Welle w3 eine Kupplungsscheibe k3' mittels
eines entsprechenden Freilaufes f3 in Antriebsdrehrichtung gekuppelt.
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Das auf der Hohlwelle w3 angeordnete Zahnrad a3 steht mit einem Zahnrad
b3, das auf der Hohlwelle w12 angeordnete Zahnrad a12 mit einem Zahnrad b12 und
das auf der Hohlwelle w23 angeordnete Zahnrad a23 mit einem Zahnrad b23 der Vorgelegewelle
v in ständigem Eingriff. Des weiteren ist auf der Vorgelegewelle v ein Zahnrad bi
angeordnet, welches mit einem Zahnrad a1 .im Eingriff steht. Zwischen dem Zahnrad
a1 und der getriebenen Welle w ist eine Freilauf- oder Überholkupplung f1 angeordnet,
die sich in Wirkung befindet, wenn das Zahnrad a1 die Welle w antreibt, dagegen
unwirksam ist, wenn die Welle w schneller als das Zahnrad a, umläuft.
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Ein R'üdkwärtsgang ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel nicht
gezeigt. Er könnte jedoch in ä'hnlic'her Weise wie die übrigen Gängle gebildet werden,
beispielsweise durch eine parallel zu den Zahnradpaaren bi, a1 angeordnete Rückwärtsübersetzung,
wobei eine Wechselkupplung zur wahlweisen Einschaltung des Zalhnradpaares bi, a1
bzw. der Rückwärtsgangübersetzung vorhanden sein kann. Es kann jedoch auch ein besonderes
Zweigangzusatzgetriebe vorgesehen sein, welches dem übrigen Getriebe nacihgesc'haltet
ist und wechselweise auf Vorwärts- oder Rückwärtsgang schaltet.
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Im naehfolgienden sei die Schaltung der vier Vorwärtsgänge beschrieben.
Zur Schaltung dient beispielsweise ein in Abb.2 dargestellter Schalthebel h, welcher
den Stromkreis zu den einzelnen Kontaktflächen t schließt, welche entsprechend den
Erregerspulen e durch Indexziffern gekennzeichnet sind. Die Stellung des Schalthebels
l2 in den einzelnen Gängen ist mit 1, 1I, 111 und IV angegeben.
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Leerlauf: Der Hebel h befindet sich in der Stellung o, in welcher
der Strom zu allen Kupplungen unterbrochen ist.
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r. Gang: Der Hebel h befindet sich in der Stellang
1.
Der Strom wird zu einer Kontaktfläche T12 und damit zur Erregerspule s12 geleitet.
Die Antriebsverbindung erfolgt in diesem Falle entsprechend der Abb. 3 über die
Teile n - z - e12 -k12-ir112-a12-b12-v-bl-al-fi-`PJ (Al)b. 3). lil die Übersetzung
des i. Ganges ist also die Freilaufvorrichtung f1 eingeschaltet, welche einen Antrieb
vorn Motor auf die Abtriebswelle .v und damit z. B. auf die Antriebsräder eines
Kraftfahrzeuges leitet, dagegen bei einem Überholen des Motors den Antrieb unterbricht.
Ist eine Antriebsverbindung auch bei umgekehrter Antriebsrichtung erwünscht, so
kann beispielsweise eine besondere Sperrvorrichtung vorgesehen sein, welche den
Freilauf f 1 blockiert, so daß zwischen dem Zahnrad a1 und der Welle w eine in beiden
Richtungen starre Antriebsverbindung hergestellt wird. Diese zusätzliche Sperrvorrichtung
kann beispielsweise durch einen besonderen Handhebel oder ebenfalls in Abhängigkeit
von dem Schalthebel h auf elektrischem Wege erfolgen, beispielsweise derart, daß
der Hebel 1i über,die Stellung des i. Ganges hinaus eine weitere Stellung einnehmen
kann, in welcher der Kupplungsstrom auf die betreffende Sperrvorrichtung geschlossen
wird.
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2. Gang: Der Hebel a wird in die Stellung II verschwenkt. Hierdurch
wird ein weiterer Stromkreis über den Kontakt t23 zu der Erregerspule s23 geschlossen,
wodurch die Hohlwelle w23 mit der Kupplungsscheibe k23 bzw. der getriebenen Welle
w gekuppelt wird. Da die Hohlwelle w23 durch das Zahnradpaar b,3, a,3 mit höherer
Drehzahl als das Zahnrad a1 angetrieben wird, überholt die Welle zu das Zahnrad
a1, wodurch die Freilaufkupplung f1 außer Wirkung gelangt und der 2. Gang eingerückt
wird. Die Antriebsübertragung erfolgt in diesem Fall über die Teile a - s - e12
- k12 - w12 - a12 b12 v -b2, a23 S23 e23 k23 (Abb. 4).
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3. Gang: Beim Überscharten vom 2. auf den 3. Gang wird zunächst der
Strom zum Kontakt t12 unterbrochen, vorher jedoch bereits der Stromkreis über den
Kontakt t" zur Erregerspule sie geschlossen. Hierdurch wird die- Kupplungs,scheibek12'
in die Kraftübertragung eingeschaltet. Sobald der Hebel h die Kontaktfläche t12
verläßt, wird die Kupplung k12 gelöst, die Antriebsübertragung über die Welle w12
jedoch zunächst über die Freilaufkupplung f12 aufrechterhalten.
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Währenddessen wird beim Weiterscharten in die endgültige Stellung
des Schalthebels h auf den 3. Gang der Stromkreis über den Kontakt t3 zur Erregerspule
ii, geschlossen, wodurch die Kupplungsscheibe k3 bzw. die Welle w3 mit der Motorwelle
m gekuppelt wird. Da hierdurch die Vorgelegewelle v über die Zahnräder n3, b3 mit
höherer Drehzahl angetrieben wird als durch die Zahnräder n12, b12, erfolgt eine
Überholung an der Freilaufkupplung f l2, wodurch diese und damit die Kupplung k1,
für die Kraftübertragung unwirksam wird. Die Kraftübertragung erfolgt nunmehr im
3. Gang über die Teile m - n - C3 - w3 - n3 -b3-v-b23-yt23-w23-C23-k23-w
(Abb.5). Gang: Beim überschalten vom 3. auf den 4. Gang wird zunächst an Stelle
des Kontaktes t3 der Kontakt t3' geschlossen, wodurch die Erregerspule s3' an Stelle
der Erregerspule s3 mit Strom beliefert wird. Der Antrieb erfolgt alsdann statt
über die Kupplungsscheibe k3 über die mit der Welle w3 durch die Freilaufkupplung
f3 in Antriebsdrehrichtung gekuppelte Kupplungsscheibe k3'. Alsdann wird nach Berühren
des Kontaktes t4 der Stromkreis zur Erregerspule s4 geschlossen, wodurch eine Überholung
der Freilaufkupplung f3 stattfindet, da der nunmehr erfolgende direkte Antrieb der
getriebenen Welle w durch die Motorwelle m über die Kupplungssehei!be k4
der getriebenen Welle w und damit der mit ihr vorläufig noch gekuppelten Hohlwelle
w23 eine höhere Drehzahl erteilt, als dies über die Kupplungs@soheibe k3' und das
Zahnradpaar a3, b3 der Fall ist. Die Vorgelegewelle v wird hierbei rückwärts über
die Kupplungsscheibe k23, w23 und die Zahnräder a23 und b23 mit einer diesen Zahnrädern
entsprechenden Übersetzung angetrieben; während die Hohlwellen w3 und wie mit höherer
Drehzahl umlaufen.
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An sich wäre es möglich, im 4. Gang die Schaltung in dem zuletzt beschriebenen
Zustande zu belassen. Sollen jedoch die an der Kraftübertragung nicht teilnehmenden
Zahnräder während des 4. Ganges stillgesetzt werden, so kann bei Weiterschaltung
des Hebels h4 in die in Abb. 2 dargestellte endgültige Stellung IV,des Schalthebels
der Strom zu den Kontakten t23 sowie auch zu dem Kontakt t3 unterbrochen werden,
wodurch die Welle w23 von der getriebenen Welle w und ferner die Kupplungsscheibe
k3' von der Trommel z entkuppelt wird. Diese Entkupplung bewirkt, daß die Zahnradpaare
a3 - b3 - n12 - b12 - a23 und n1 - bi zu-
sammen mit den Wellen v,
w3, w12 und w23 weder von der Motorwelle m noch auch von der getriebenen Welle w
aus angetrieben werden können.
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Andererseits kann es jedoch vorteilhaft sein, zur Erleichterung des
Synchronisierens beim Zurückschalten auf einen niedrigeren Gang die Zahnräder mit
einer gewissen Drehzahl umlaufen zu lassen. Zu diesem Zweck kann beispielsweise
im 4. Gang der Strom über einen weiteren Kontakt t12 zur Erregerspule n12 geschlossen
werden und damit die Zahnräder des Getriebes über die Kupplungsscheibe k12 und ,die
Überholwelle w12 an die Motorwelle leer laufend angeschlossen werden.
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Die Kraftübertragung im 4. Gang erfolgt über die Teile m -
s4 - k4 - w (Abb. 6). Eine Freilaufkupplung ist für .den direkten
oder höchsten Gang nicht vorgesehen.
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Wie aus vorstehendem ersichtlich, ist die Kupplungsscheibe k1, sowohl
im i. als auch im 2. Gang mit der Trommel z zu kuppeln, während die Kupplungsscheibe
k23 mit der Welle w23 im 2. und 3. Gang in Antriebsverbindung steht. Lediglich die
Kupplung e23, k23 hat ein höheres Drehmoment zu übertragen, da sie von der Motorwelle
aus mit Übersetzung ins Langsame entweder über die Zahnräder a12, b12 oder über
die Zahnräder a3, b3 angetrieben wird. Bei der Bemessung der Erregerkupplung
s23
ist hierauf Rücksicht zu nehmen, wobei jedoch unter Umständen eine gewisse zeitweise
Überlastung in Kauf genommen werden kann. Die übrigen Erregerspulen haben jedoch
demgegenüber ein verhältnismäßig kleines Drehmoment zu übertragen, da die von ihnen
erregten Kupplungsanker unmittelbar mit der Motorwelle gekuppelt sind, also stets
mit verhältnismäßig hohen Drehzahlen umlaufen.
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Das Ausführungsbeispiel nach Abb.7 unterscheidet sich von demjenigen
nach Abb. i dadurch, daß insgesamt lediglich fünf elektromagnetische Kupplungen
vorgesehen sind. Die Kupplungsscheibe k12 mit dem Freilauf f12 ist in Wegfall
gekommen. Um jedoch auch in diesem Falle ein Überholen der Kupplung k12 bei Einschaltung
des 3. Ganges zu ermöglichen, ist ein Freilauf f12' zwischen dem Zahnrad b12 und
der Vorgelegewelle v zwischengeschaltet, welcher einen Antrieb von dem Zahnrad b12
auf die Vorgelegewelle v vermittelt, dagegen unwirksam wird, sobald die Vorgelegewelle
v mit höherer Drehzahl angetrieben wird. Im übrigen entspricht jedoch die Anordnung
nach Abb. 7 derjenigen nach Abb. i.
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Die Ausführung nach Abb.7 hat den Vorteil einer größeren Einfachheit
und kürzeren Baulänge, jedoch wird hierbei in Kauf genommen, @daß eine in beiden
Drehrichtungen zwangsläufige Antriebsverbindung nicht nur im i. Gang, sondern auch
im 2. Gang nicht besteht. Gegebenenfalls kann jedoch auch in diesem Falle eine gesondert
zu betätigende Sperrvorrichtung für den Freilauf f12 angeordnet werden.
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Ein weiterer Vorteil der Anordnung nach Abb. 7 ergibt sich daraus,
daß bei eingeschaltetem 4. (höchsten) Gang und bei mit der Welle w gekuppelter Hohlwelle
w23 der Antrieb der Hohlwelle w12 rückwärts über ,die Vorgelegewelle v und das Zahnradpaar
w12, a12 durch die Freilaufkupplung f12 unterbrochen ist, und zwar ist dies insbesondere
deswegen von Vorteil, weil, gerade die Welle w12 anderenfalls mit besonders hohen
Drehzahlen bei eingeschalteter Kupplung e23, k23 angetrieben würde.
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Im übrigen ergibt sich die Antriebsübertragung ohne weiteres in ähnlicher
Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel entsprechend dem Schaltschema Abb.2, wie
in den Abb..9 bis 12 für die einzelnen Gänge dargestellt ist.
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Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele für
die Verwirklichung der Erfindung dar. An Stelle der elektromagnetischen Kupplungen
können gegebenenfalls auch andere, beispielsweise hydraulische Kupplungen, Reibkupplungen,
Klauernkupplungen od. dgl., vorgesehen sein. Ferner kann,das Getriebe eine andere
Gangzahl besitzen, oder es kann beispielsweise der zwischen dem Zahnrad a und der
Welle w angeordnete Freilauf fauch zwischen dem Zahnrad b und der
Vorgvlegewelle v bzw. dien übrigen Zahnradpaaren zwischengeschaltet sein, derart,
d@aß normalerweise das Zahnradpaar a, b ständig mit der getriebenen Welle
w umläuft. In ähnlicher Weise könnte beispielsweise der Freilauf f12 an anderer
Stelle zwischen der Kupplungsscheibe k12 und der Vorgelegewelle v angeordnet sein.