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Schaltvorrichtung für Zahnradwechselgetriebe von schweren
Kraftfahrzeugen
Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung für Zahnradwechselgetriebe von schweren Kraftfahrzeugen, die infolge ihrer Einfachheit überall dort eingesetzt werden kann, wo bisher auf die Verwendung emer Vorrichtung zum schnellen und sicheren Schalten der Getriebegange, auch unter schwierigen Voraussetzungen, aus Gründen mangelnder Robustheit verzichtet werden musste. Es sind dies u. a. Kraftfahrzeuge wie schwere Lastkraftwagen, Sattelschlepper, Ackerschlepper, Baumaschinen, Raupenfahrzeuge aller Art.
Es ist bekannt, zur Erleichterung des Gangwechsels bei Zahnradwechselgetrieben die Drehzahl der Getriebeantriebswelle und auch gegebenenfalls der Vorgelegewelle vor dem Einrücken des nächsten Ganges so zu erhöhen oder zu erniedrigen, dass sie bei schiebendem Fahrzeug der Übersetzung des neuen Ganges entspricht, wodurch bei annähernd gleicher Umfangsgeschwindigkeit der im folgenden Gang in Eingriff zu setzenden Radzähne oder-klauen ein praktisch stossfreier Ablauf der Schaltung erfolgt.
Zum Erreichen dieser Drehzahlangleichung sind bisher verschiedene Methoden und Hilfsmittel angewendet worden, von denen die gebräuchlichsten nachstehend angeführt sind : Die Methode des zweimaligen Auskuppelns mit Zwischengasgeben wird in allen Fahrschulen gelehrt und geübt. Ihre Nachteile bei erschwerten Schaltbedingungen sind allgemein bekannt. Freilaufanordnungen verschiedener Art bringen Schalterleichterung, haben aber meist denNachteil fehlenden Kraftschlusses bei schiebendem Fahrzeug.
Sehr viel verwendet, vor allem in Getrieben von Personenkraftwagen und Omnibussen, werden Synchronisierungen, d. s. k'cine Reibungskupplungen, die dazu dienen, die Räder eines einzelnen Getriebeganges vor dem Herstellen des Formschlusses auf die zum stossfreien Schalten nötige Drehzahl zu bringen.
Solche Synchronisierungen, von denen eine grosse Anzahl verschiedener Konstruktionen bekannt ist, sind für jeden einzelnen mit einer Schalterleichterung zu versehenden Getriebegang vorzusehen. Unter bestimmten Voraussetzungen ermöglichen jedoch auch Synchronisierungen keine schnelle und stossfreie Schaltung.
Mit Uberholklauen ausgestattete Getriebeschaltungen sind-wenn man von emer einfachen Ausfüh- rung als Schnellgang absieht-durch den zur richtigen Funktion nötigen hohen Aufwand an Nebeneinrichtungen und deren Empfindlichkeit gegen Störungen für den allgemeinen Fahrzeugbau wenig geeignet.
Es ist auch bekannt, Getriebe ohne eine der vorbeschriebenen Schaltererleichterungen mit einer aus einer kleinen, als Konus-, Lamellen-oder Fliehkraftbremse ausgeführten Reibungsbremse zu versehen, die sich in der Regel am Kupplungsgehäuse abstützt und mittels welcher bei durchgetretenem Kupplungspedal die Getriebeantriebswelle vor dem Einrücken des neuen (höheren) Ganges abgebremst wird. Diese Anordnung hat den Nachteil, dass sie bei etwas zu kräftiger Betätigung die Antriebswelle blockieren kann, bevor der neue Gang eingerückt ist. Dadurch wird aber die Schaltung erst möglich, nachdem das Fahrzeug zum Stillstand gekommen ist. Dieser Mangel tritt besonders dann oft auf, wenn infolge geringen Rollvermögens des Fahrzeuges, d. h. bei grossem Fahrwiderstand und geringer Geschwindigkeit, die Notwendigkeit sehr rascher Durchführung des Gangwechsels gegeben ist.
Die erfindungsgemässe Schaltvorrichtung für Wechselgetriebe, vorzugsweise für solche mit annähernd oder genau geometrischer Stufung der Übersetzung der Gänge, ist geeignet, die beschriebenen Mängel bisheriger Schalteinrichtungen zu vermeiden und besonders dort, wo bisher vielfach Getriebe ohne Schalterleichterungen verwendet wurden, also bei schweren Lastwagen, Strassen- und Ackerschleppern, Baumaschinen und Gleiskettenfahrzeugen aller Art, eine wesentliche Verbesserung der Einsatzmöglichkeit des Fahrzeuges bei mässigem zusätzlichem Aufwand zu bringen.
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Die erfindungsgemässe Schaltvorrichtung ist so aufgebaut, dass die Getriebeantriebswelle und gege- benenfalls auch die Vorgelegewelle des Wechselgetriebes bei ausgerückter Fahrzeugkupplung unmittelbar nach dem Ausschalten des vorherigen Getriebeganges nach Wahl beschleunigt oder verzögert wird, u. zw. jedes Mal um ein bestimmtes gleichbleibendes, allen oder bestimmten Getriebesprüngen im Mittel entsprechendes Verhältnis der Anfang-und Enddrehzahl.
Die zum Beschleunigen oder Verzögern der Antriebswelle und der mit dieser umlaufenden Kupplungsscheiben und Zahnräder notwendige Energie wird einer Schwungmasse entnommen oder zugeführt, die so angeordnet ist, dass sie vom Beginn der Unterbrechung des Kraftflusses in der Hauptkupplung an zuerst frei drehbar ist und im weiteren Ablauf der Schaltung über eine kleine Reibkupplung so an die Getriebeantriebswelle oder an eine andere, mit der Antriebswelle proportional umlaufende Welle angekuppelt wird, dass sie an die Getriebeantriebswelle Arbeit abgibt oder von ihr Arbeit aufnimmt, wodurch letztere beschleunigt oder verzögert wird.
Bei bekanntem Massenträgheitsmoment der mit der Getriebeantriebswelle umlaufenden Räder, Wellen und Kupplungsteile kann die nötige Schwungmasse und ihre Drehzahl vor und nach dem Schaltvorgang berechnet werden. Dabei kann noch berücksichtigt werden, dass es zum Schalten nicht nötig ist, absoluten Gleichlauf der in Eingriff zu bringenden Räder oder Klauen herzustellen, dass eine geringfügige Drehzahldifferenz sogar erwünscht sein kann, damit ein"Zahn-auf-Zahnstehen"nicht eintreten kann.
In der Zeichnung ist die erfindungsgemässe Schaltvorrichtung schematisch dargestellt. Es zeigen : Fig. 1 eine erfindungsgemässe Schaltvorrichtung mit zwei Schwungmassen, wobei die eine mit der Kupplungsdrehzahl, die andere ins Schnelle übersetzt sich dreht. Die Schwungmassen können wahlweise zusammen oder jede einzeln für sich angeordnet werden ; Fig. 2 eine erfindungsgemässe Schaltvorrichtung in Sonderausführung nur zur Durchführung von Schaltungen auf einen höheren Gang, mit konzentrisch zur
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;tung wie nach Fig. 2, aber mit exzentrisch angeordneter und ins Schnelle übersetzt angetriebener Schwungmasse, im Längsschnitt dargestellt.
Die erfindungsgemässe Schaltvorrichtung ist für alle Arten von Zahnradwechselgetrieben geeignet, wird aber mit besonderem Vorteil dort einzusetzen sein, wo bisher aus besonderen Gründen überhaupt keine oder nur eine ungenügende Schalthilfe vorgesehen war und der Gangwechsel bei schwierigen Schaltbedingungen nur im Stillstand vollzogen werden konnte.
Eine beispielsweise Schaltvorrichtung für Aufwärts- und Abwärtsschaltung besteht gemäss Fig. l aus einer Schwungmasse 5 bzw. 5a, zwei über Zahnradpaare 12 und 13 angetriebenen Reibkupplungen 10 und 11 sowie den Zwischenrädern 7 und 7a zwischen den Reibkupplungen und Schwungmassen.
Die Antriebswelle 1 des Schaltgetriebes ist, wie üblich, in der Kupplungsglocke 2 gelagert und trägt zwei Kupplungsscheiben 3. Als dritte Scheibe und von der Kupplungsfeder 4 mitangedrückt befindet sich in der Kupplungsglocke die Schwungscheibe 5, welche mit dem Rohr 6 aus der Kupplungsglocke herausgeführt wird. Wird die Kupplung ausgetreten, der Kraftfluss also unterbrochen, kann sich die Schwungscheibe 5 mit ihrer Fortsetzung im Rohr 6, dem Zahnradpaar 7 und der Zwischenwelle 8 frei drehen, bis z. B. bei weiterem Durchtreten des Kupplungspedales - wahlweise durch das Gestänge 9 betätigt-die Konuskupplung 10 oder 11 zum Anliegen kommt.
Zur Unterstützung der Schwungscheibe 5 und damit deren Gewicht nicht zu gross wird, ist eine weitere im Fahrzustand ins Schnelle übersetzt Schwungscheibe 5a vorgesehen, die mit der Schwungscheibe 5 durch das Rohr 6, die Zahnradpaare 7 und 7a ständig verbunden ist und von ihr mit höherer proportionaler Drehzahl angetrieben wird, wodurch sich das Arbeitsvermögen der Schwungmasse 5,5a ohne grosse Gewichtszunahme wirksam erhöht.
Statt der beiden Schwungscheiben 5 und 5a kann bei entsprechender Dimensionierung auch die Scheibe 5 allein verwendet werden ; Scheibe 5a mit dem Zahnradpaar 7a fällt dann weg. Ebenso kann statt der Schwungmasse 5 eine leichte Kupplungsscheibe 3 eingebaut werden und praktisch das ganze Arbeitsvermögen der Schwungscheibe 5a entnommen oder zugeführt werden.
Gleichzeitig mit dem Austreten der Fahrzeugkupplung 2,3 wird der vorherige Getriebegang ausgeschaltet, so dass bei der folgenden Betätigung der kleinen Reibkupplungen 10 oder 11 die Schwungscheiben 5 und 5a nicht von der Getriebeabtriebsseite her vom weiterrollenden Fahrzeug beeinflusst werden können. Es wird lediglich die nun abtriebsseitig frei bewegliche Antriebswelle 1 des Getriebes mit den, zu ihr proportional umlaufenden Kupplungsscheiben 3 und Zahnrädern im Getriebe von den mittels der Reibkupplungen 10 oder 11 angekuppelten Schwungscheiben 5 und 5a beschleunigt oder verzögert, je nachdem ob die Kupplung 10 oder 11 geschlossen und damit die Schwungscheiben 5 und 5a verzögert oder beschleunigt werden.
Eine weitere Ausführung der erfindungsgemässen Schaltvorrichtung ist in Fig. 2 schematisch darge- stellt ; sie ist hier nur zur Durchführung von Schaltungen in einen höheren Gang geeignet und zeichnet sich
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durch besondere Einfachheit aus.
Sie besteht aus der auf der Getriebeantriebswelle 1 drehbar gelagerten Schwungscheibe 5. Mit der Getriebeantriebswelle 1 fest verbunden ist der Innenteil der Konuskupplung 14, dessen Gegenstück an der Schwungmasse 5 befestigt ist. Der Innenteil einer Konusbremse 15 ist am stillstehenden Kupplungsgehäuse 16 befestigt ; auch deren GegenstUck ist mit der Masse 5 fest verbunden. Weiters ist eine Druckfeder 17 vorhanden, durch welche über das Gestänge 18 die Masse 5 an den Kegel der Bremse 15 gedruckt und am Drehen gehindert wird, solange keine Schaltung erfolgt. Wird nun eine Aufwärtsschaltung vorgenommen, so wird gleich wie an der Schaltvorrichtung nach Fig. 1 nach dem Ausrücken der Hauptkupplung zunächst der vorherige Getriebegang ausgeschaltet.
Beispielsweise durch vollständiges Durchtreten des Kupplungpedales wird anschliessend über das Gestänge 18 die Feder 17 zusammengedrückt, dieSchwungmasse 5 auf der Antriebswelle 1 nach rechts verschoben und die Konuskupplung 14 zur Anlage gebracht. Durch das von der Kupplung 14 erzeugte Drehmoment wird die Schwungmasse 5 beschleunigt und die Getriebeantriebs- welle 1 verzögert, bis beide Teile die gleiche Drehzahl haben. Diese Ausgleichsdrehzahl bestimmt sich aus dem Getriebesprung und ist zusammen mit der Masse der zu verzögernden Getriebeteile die Grundlage für die Bemessung der Schwungmasse 5.
Je schneller der Drehzahlausgleich vor sich geht, umso weniger erleidet die Antriebswelle eine unkontrollierte Verzögerung durch Reibung in der Schaltführung 20 des Gestänges 18 und umso genauer kann die für eine stossfreie Schaltung notwendige Verzögerung der Antriebswelle 1 erzielt werden. Ein Blockieren der Antriebswelle 1 durch zu starkes Anpressen der Konuskupplung 14 ist nicht möglich, da die Reibung in der Schaltführung gering gehalten ist.
In Fig. 3 ist eine beispielsweise Schaltvorrichtung, ähnlich der nach Fig. 2, schematisch dargestellt.
Hier ist die Schwungmasse 5a zur Erzielung geringerer Gewichte ins Schnelle übersetzt. Die Brems- und Kupplungskonen 15a und 14a befinden sich hier an einer verzahnten Zwischenscheibe 19, deren Massenträgheitsmoment dem der Schwungmasse 5a bei der Berechnung der Schwungmasse hinzuzufügen ist.
Die Wirkungsweise ist in der Zeichnung ersichtlich. Die Zwischenscheibe 19 wird gegen die Konuskupplung 14a geschoben und durch das der Antriebswelle 1 innewohnende Arbeitsvermögen beschleunigt.
Über die Verzahnung 21 wird die Beschleunigung der Masse 5a mitgeteilt, bis sich die vorherberechnete Ausgleichsdrehzahl eingestellt hat. Auch hier ist, wie in der Schaltvorrichtung nach Fig. l eder Fig. 2, ein Blockieren der Antriebswelle auch bei starker Anpressung der Konuskupplung 14a nicht möglich.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltvorrichtung für Zahnradwechselgetriebe von schweren Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass Schwungscheiben (5,5a) vorhanden sind, die im Fahrzustand durch Kupplungsscheiben (2, 3) oder durch Zahnräder (7,7a) mit einer Drehzahl angetrieben werden, die der der Getriebeantriebs- welle (1) gleich oder proportional ist, die während des Ausrückens der Fahrzeugkupplung (2,3) frei drehbar sind und die nach erfolgtem Ausrücken der Fahrzeugkupplung (2,3) zum Schalten auf einen höheren Gang mittels des Zahnradpaares (13), der Reibungskupplung (11) und des Zahnradpaares (7,7a) mit der Antriebswelle (1) gekuppelt werden, wodurch die Schwungscheiben (5, 5a) beschleunigt und die Antriebswelle (1) verzögert werden,
während zum Schalten auf einen niedrigeren Gang durch Kuppeln der Schwungscheiben (5,5a) mit der Antriebswelle (1) mittels des Zahnrad pa ares (12), der Reibungskupplung
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10)schleunigt werden.
2. Schaltvorrichtung für Zahnradwechselgetriebe, dadurch gekennzeichnet, dass Schwungscheiben (5, 5a) vorhanden sind, die im Fahrzustand durch eine Reibungsbremse (15) an einer Drehung gehindert werden, die während des Ausrückens der Fahrzeugkupplung frei drehbar sind und die nach erfolgtem Ausrükken der Fahrzeugkupplung zum Schalten auf einen höheren Gang mittels der Kupplung (14) und des Zahnradpaare (19) kraftschlüssig an die Getriebeantriebswelle (1) angekuppelt werden, wodurch die Schwungscheiben (5,5a) beschleunigt und die Antriebswelle (1) verzögert werden.
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