Vorrichtung zur veränderlichen Leistungsübertragung mittels Zahnrädern, insbesondere für Werkzeugmaschinen. Die Erfindung (Erfinder: Dipl. Ing. B. Graemiger, Zürich) betrifft eine Vor richtung zur veränderlichen Leistungsüber tragung mittels Zahnrädern, insbesondere für Werkzeugmaschinen. Im Werkzeug maschinenbau wird ein immer grösserer Va riationsbereich der Geschwindigkeiten ver langt. Dies ist vornehmlich bedingt durch die Forderung, dass auf ein und derselben Maschine Material verschiedenster Art be arbeitet werden soll, zum Beispiel zähe Stahllegierungen, aber auch Leichtmetalle.
Der grosse Variationsbereich soll, um die Werkzeugmaschine möglichst anpassungs fähig zu machen, in möglichst viele feine Abstufungen unterteilt sein. Die Erfindung ermöglicht es, mit einem Minimum von Zahnräderpaaren viele Abstufungen zu er reichen, und jede überflüssige Überdeckung zwischen einzelnen Unterabteilungen des Variationsbereiches zu vermeiden.
Die Erfin dung besteht darin, dass n-Stufengetriebe hin- tereinandergeschalten sind, wobei der Stu- fensprung des. zweiten Getriebes gleich ist dem Stufensprung des ersten Getriebes, potenziert mit der Anzahl der Stufen des ersten Getriebes und der Stufensprung jedes auf das zweite Stufengetriebe folgenden Ge triebes gleich ist dem Stufensprung des ersten Getriebes, potenziert mit dem Produkt der Anzahl der Stufen der diesem Getriebe vor geschaltetem Getriebe.
Man kann mit einer Mindestzahl von Rädern eine fortlaufende Reihe von Geschwindigkeiten mit einem durchgehend gleichbleibenden Stufensprung erhalten. Es kommen dabei keine sich über deckende Geschwindigkeitsbereiche vor, die, wenn auch nicht ganz gleiche, aber sehr nahe stehende Geschwindigkeiten überflüssiger weise enthielten, wie dies bei den bekannten Maschinen der Fall ist.
In besonders vorteilhafter Weise gestaltet sich die Konstruktion, wenn mindestens das Getriebe mit dem kleinsten Stufensprung ein hydraulisches Kupplungsgetriebe ist. Bei diesem Getriebe sind auf einer der Wellen fest aufgekeilte Räder vorhanden, und ferner sind Räder vorhanden, die auf einer andern Welle lose sitzen, jedoch vermöge auf der Welle aufgekeilter Kupplungselemente durch Anwendung hydraulischen Druckes mittelbar mit dieser Welle verbunden werden können. Die Anwendung derartiger Zahnradgetriebe bringt den Vorteil, dass die Zahnräder dauernd im Eingriff bleiben. Der Übergang von einer Stufe auf die andere kann sehr rasch und ohne Abschaltung des Antriebmotors erfol gen.
Vor allem aber lässt sich, weil für die Umschaltung sogenannte Schieberäder nicht notwendig sind, Schrägverzahnung anwen den, womit hohe Umfangsgeschwindigkeiten zulässig werden, ohne dass ein störender Lärm der Getriebe eintritt. Bei Stufengetrieben üblicher Bauart mit Schieberädern, wo gerade Stirnräderverzahnung notwendig ist, besteht eine ziemlich tiefe zulässige Grenze der Um fangsgeschwindigkeiten. Die Schrägverzah nung bietet einen zusätzlichen Freiheitsgrad bei der Verzahnung und damit eine erhöhte Möglichkeit der genauen Verwirklichung eines durchgehend gleichbleibenden Stufen sprunges.
Es bietet weitere Vorteile, und es lässt sich konstruktiv sehr gut durchführen, auch das zweite Getriebe mit dem gröberen Stufensprung als hydraulisches Kupplungs getriebe auszubilden, und es zeigt sich, dass es auch noch bedeutende Vorteile bringt, noch ein drittes Getriebe mit dem noch gröberen Stufensprung in dieser Weise zu gestalten. Es lässt sich aber auch eine günstige Kom bination bilden zwischen hydraulischen Kupplungsgetrieben und Stufengetrieben ge wöhnlicher Bauart mit Schieberädern, bei spielsweise so, dass die zwei ersten Getriebe als hydraulische Getriebe und das letzte Ge triebe als Schieberadgetriebe ausgebildet wer den.
In diesem Falle ist es dann von grossem Vorteil, dass auch die Verstellung der Schiebe räder mittels eines hydraulischen Servo motors erfolgt, damit in bezug auf den Schaltvorgang eine einheitliche Konstruktion und Bedienungsweise möglich wird.
Bei einer Ausführungsform, bei der die ersten zwei Stufengetriebe als hydraulische Kupplungsgetriebe ausgebildet sind, bietet es einen besonderen Vorteil, wenn die sekun däre Welle des ersten Getriebes und die pri märe Welle des zweiten Getriebes die auf ihrer Welle losen Kupplungsräder tragen. Es ergeben sich damit für die Kupplungsräder des zweiten Stufengetriebes kleinere Maxima des zu übertragenden Drehmomentes, als wenn diese Räder auf die sekundäre Welle des Getriebes verlegt würden. Man kann dann auch die beiden Wellen, welche die Kupplungsräder tragen, in ein ungeteiltes Stück zusammenfassen und dadurch eine Kupplung und mindestens ein Lager er sparen.
Wenn der Stufensprung gross wird, wie dies in der Regel bei dem dritten Ge triebe einer erfindungsgemässen Vorrichtung der Fall ist, ist es vorteilhaft, dieses dritte Stufengetriebe so zu gestalten, dass seine Primär- und seine Sekundärwelle lose Räder mit Kupplungsvorrichtungen tragen, und dass dazwischen eine Welle mit fest auf- gekeilten Rädern geschaltet ist. Man kann auf diese Weise mit kleineren Dimensionen der Kupplungsräder auskommen, wegen der erreichbaren günstigeren Verteilung der Be lastung durch die zu übertragenden Dreh momente. Ganz besonders vorteilhaft aber ge stalten sich dabei die Verhältnisse, wenn zwei Zwischenwellen mit fest aufgekeilten Rädern vorgesehen werden, wobei zwischen diesen beiden Wellen eine konstante Über setzung herrscht.
Damit gelingt eine sehr vorteilhafte Verteilung der Belastung durch die Drehmomente und damit eine gute Aus nutzung der Dimensionen.
Um nun den zum Ziel gesetzten Vorteil eines fortlaufenden ununterbrochenen Ge- sehwindigkeitsbereiches vollständig zu ver wirklichen, ist bei einer Ausführungsform, die zwei Getriebe mit hydraulischer Schal tung aufweist, eine Schaltvorrichtung vor gesehen, mit welcher diese beiden Getriebe derart geschaltet werden können, dass bei Betätigen dieser Schaltvorrichtung mittels eines Schaltorganes die a-Stufen des ersten Getriebes der Reihe nach hydraulisch gekup- gelt werden bei gleichzeitiger hydraulischer Einschaltung der ersten Stufe des zweiten Getriebes,
worauf unter Vermeidung irgend einer Rückwärtsbewegung der Schaltorgane wieder die a-Stufen des ersten Getriebes unter gleichzeitiger Einschaltung der zweiten Stufe des zweiten Getriebes nacheinander der Reihe nach hydraulisch gekuppelt wer den, undsofort, bis die letzte Stufe des zweiten Getriebes gleichzeitig mit der letzten Stufe des ersten Getriebes eingeschaltet ist.
Bei einer Ausführungsform, die drei Getriebe mit hydraulischer Schaltung aufweist, wobei das dritte Getriebe ein hydraulisches Stufen getriebe oder ein Schieberadgetriebe mit hydraulischer Betätigung sein kann, ist eine Schaltvorrichtung vorgesehen, mit welcher die drei Getriebe derart geschaltet werden können, dass beim Betätigen dieser Schaltvor richtung zuerst die erste Stufe des dritten Getriebes eingeschaltet bleibt, bis alle un gleichen Schaltstufen der zwei ersten Ge triebe geschaltet worden sind, und dass dann ohne jede Rückwärtsbewegung der Schalte organe die zweite Stufe des dritten Getriebes eingeschaltet bleibt, bis wiederum alle mög lichen Schaltstufen der zwei ersten Getriebe geschaltet worden sind und so fort,
bis die letzte Stufe des dritten Getriebes gleich zeitig mit der letzten Stufe der zwei ersten Getriebe eingeschaltet ist.
Bei einer beispielsweisen Ausführungs form ist zu jedem Stufengetriebe je ein Schalthahn vorgesehen, die so miteinander beispielsweise durch Zahnräder gekuppelt sind, dass die Winkelwege der Hahnkörper im Verhältnis von
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stehen, wobei weiterhin dieses Verhältnis wenigstens an genähert auch für das Winkelmass der Über deckungen gilt, die am Ende des Schaltweges des Schalthahnes eines jeden Getriebes und am Anfang des Schaltweges des Schalthahnes des nachgeschalteten Getriebes wirksam sind.
Im Falle, dass das Beispiel ein Schieberad getriebe mit hydraulischer Verstellung der Schieberäder aufweist, kann dabei durch ge eignete Bemessung der Überdeckungen die Verstellung der Schieberäder etwas früher eingeleitet werden, als die Wiedereinschal- tung der Kupplungen in den Kupplungs stufengetrieben. Dies bringt den Vorteil, dass der Schaltvorgang an den Schieberädern wenigstens zum grössten Teil während der Abschaltung der Leistung erfolgt.
Wenn dabei die Schieberäder wegen Nichtüberein stimmung der Verzahnung nicht sofort zur Einschaltung kommen können, so stehen sie doch unter der Wirkung des Servomotors, der sie bei Eintreten der Übereinstimmung sofort mit grosser Geschwindigkeit einschaltet.
Die Zeichnung zeigt Ausführungsbei spiele des Erfindungsgegenstandes, und zwar zeigt Abb. 1 ,das erste Beispiel, das drei hin- tereina.ndergeschaltete Stufengetriebe mit 5 bezw. 3 bezw. 2 Stufen aufweist, wobei durchwegs hydraulische Kupplungsräder vor ausgesetzt sind.
Abb. 2 zeigt schematisch ein Anzeigeorgan, das mit der Schaltanlage des Beispiels kombiniert werden kann. Abb. $ zeigt im Längsschnitt ein Kupplungszahnrad und Abb. 4 das Wellenende eines Kupp lungsgetriebes mit der Verteilvorriehtung mit den verschiedenen zu den Kupplungs rädern führenden Bohrungen und ihren An schlüssen nach aussen. Abb. 5 zeigt schema tisch ein dreistufiges Stufengetriebe des zweiten Beispiels mit Schieberädern und einen Längsschnitt des zur Verstellung der Schieberäder dienenden Servomotors. Die Figur enthält auch schematisch eine dazu gehörige Schaltung.
In: Abb. 1 bedeuten W, und Wz die primäre und sekundäre Welle des ersten aus einem hydraulischen Kupplungsgetriebe be- i stehenden Stufengetriebes<I>A,</I> WZ ist zugleich die Primärwelle des zweiten ebenfalls aus einem hydraulischen Kupplungsgetriebe be stehenden Stufengetriebe B, dessen sekundäre Welle mit W3 bezeichnet ist. W'3 ist die i Primärwelle und W6 die Sekundärwelle des dritten Stufengetriebes C.
Zu diesem gehören noch zwei Zwischenwellen W4 und W, Die fünf Räder B,.-R, sind die mit Kupplungen verbundenen Räder der Sekundärwelle des. i ersten Getriebes .A. Die mit den Rädern Rl-R5 dauernd im Eingriff bleibenden Ge genräder, welche auf der Primärwelle TV, fest aufgekeilt sind, heissen R'1-R'5. Die Räder R6-R8 sitzen lose auf der Welle TITO und sind mit Kupplungen verbunden. Ihre Gegenräder R'6-R'8 sind auf der Welle W3 fest aufgekeilt. Die Räder R9-R12 sind auf ihren Wellen lose und mit hydraulischen Kupplungen versehen, während die Räder Rl3-R16 auf den Zwischenwellen W4, und W5 fest aufgekeilt sind.
(Sie könnten auch auf feststehenden Achsen frei drehen.) Bei dem Getriebe C sind also zwischen den beiden die Kupplungsräder tragenden Wellen W'3 und TV, zwei Zwischenwellen W4, W5 mit fest aufgekeilten Rädern ge schaltet. Auch das dritte Getriebe ist ein hydraulisches Kupplungsgetriebe. Die sekun däre Welle des Getriebes A und die primäre Welle des Getriebes B tragen die Kupplungs räder. L1-L14 sind die zu den Wellen ge hörenden Lager. L., ist hierbei ein Zwischen lager für die zwei die losen Räder R1-R8 tragenden Wellen, die zusammen aus einem einzigen Stück. bestehen.
Die Sekundärwelle W3 des zweiten Stufengetriebes B und die Primärwelle W'3 .des dritten Getriebes C sind durch die Kupplung 19 starr miteinander verbunden. Bei der Welle W, wird die Lei stung durch einen Riemen 18 eingeführt und bei der Welle W6 in irgendeiner Weise an dem Endzapfen abgenommen. Sa, b bedeutet die Verteilungsvorrichtung für das Steueröl der Kupplungsräder R1-R8, das heisst also für die Räder des ersten und des zweiten Getriebes<I>A</I> und<I>B.</I> S, und S', sind die Ver teilungsvorrichtung für das Steueröl der Kupplungsräder R9-R12. Ha ist der zum Getriebe A (Räder R=R,) gehörende Steuer hahn.
Zum Getriebe B (R6-R8) gehört der Steuerhahn H6. Zum Getriebe C (Räder R9-R12) gehört ein Steuerhahn H" der jedoch in der schematischen Darstellung auf geteilt in vier Teile<I>H,',</I> H,", H,"' und H,"" erscheint. Konstruktiv können diese vier Or gane auf einer Achse hintereinander ausge führt werden.
In Abb. 3 ist dargestellt, in welcher Weise die Räder R1,-R5 usw. gekuppelt sind, und zwar ist ein Kupplungsrad dargestellt, wel ches aus zwei. zusammengeschraubten Hälf ten 31 und 32 besteht. Im Innern sind zwei Körper 33 und 34 mit konischen, ringförmi gen Ansätzen vorgesehen. Diese Ansätze pas sen in entsprechende Eindrehungen der Zahn-, radkörper.
Die beiden Teile 33 und 34 sind auf der Welle 30 axial verschiebbar aufge- keilt. (Der oder die Keile sind in der Zeich nung nicht zur Darstellung gebracht.) In den Raum 37 zwischen den beiden Körpern 33 und 34 mündet der Kanal 38 der in der Welle 30 enthalten ist. In die Räume 35 und 36 mündet der Kanal 39 vermittels der beiden Bohrungen 41 und 42 in der Welle und vermittels der Eindrehungen 43 und 44 in den Körpern 33 und 34 und den daran anschliessenden Bohrungen 45 und 46. Die Eindrehungen 43 und 44 sind so breit ge wählt, dass bei der möglichen axialen Ver schiebung der Körper 33 und 34 die Ver bindung mit dem Kanal 39 immer erhalten bleibt.
Der Kanal 39 führt nun dauernd Drucköl den Kammern 35 und 36 zu. Wenn der Kanal 38 kein Drucköl enthält, sondern mit dem Abfluss verbunden ist, so schiebt der in den Kammern 35 und 36 herrschende Druck die beiden Körper 33 und 34 zusam men. Die Kupplung wird gelöst und die Radkörper 31 und 32 drehen frei auf den Naben der Körper 33 und 34 und damit auf der zugehörigen Welle.
Erhält dagegen der Kanal 38 Drucköl, so wird damit die Kammer 3 7 unter Druck gesetzt, die beiden Körper 33 und 34 werden auseinander gedrückt und die Radkörper 31 und 32 durch Reibung mit den Körpern 33 und 34 und damit mittelbar mit der Welle gekup pelt. Die Kuppeleinrichtung kann auch statt in einem Radkörper in einem beson deren mit dem Rad fest verbundenen Kör per eingebaut sein.
In Abb. 4 ist in grösserem Massstab die Vorrielitung S, für die Steuerung der Kupp lungsräder R,, und R", dargestellt. Der Kanal 22, der zum Rad R, führt, mündet in einer Rille 20, der Kanal 23, der zum Rad BI, führt, mündet in die Rille 21 .der .Welle TV'!, aus. Der betreffende Wellenteil läuft in einem lagerähnlichen Körper, der die Boh rungen 24 und 25 enthält, die in die Wellen rillen 20 und 21 münden. Die Kanäle 22 und 23 sind diejenigen, welche in den Raum zwischen den Kupplungskörpern der betref fenden Räder münden, die also durch die Schaltorgane entweder mit der Drucköl quelle oder dem freien Abfluss verbunden werden müssen.
Die unveränderliche Zu führung des Drucköls in die Kammern, durch deren Druck die Kupplungskörper einander genähert werden, ist hier nicht besonders dargestellt, da sie für den Schaltvorgang nicht von Bedeutung ist. Entsprechend Abb. 4 sind auch die übrigen Verteilvorrich- tungen Sa, b und Sc' ausgebildet.
Nachdem nun Abb. 3 und 4 erklärt sind, soll wieder die weitere Erklärung der Abb. 1 aufgenommen werden. Bei den Organen H, H, bedeutet durchwegs 13 den dreh baren Teil, welcher einen im wesentlichen radialen Kanal 15 enthält. 14 ist der fest stehende Teil des Organes. Bei den Organen H", und Hb ist die zentrale Bohrung des Teils 13, in welchen der Kanal 15 mündet, mit 17 bezeichnet. Sie ist mit der Drucköl quelle P verbunden. Der Körper 13 enthält sowohl bei H., als auch bei Hb noch einen Kanal 1.6, der dauernd mit dem freien Ab fluss der Druckflüssigkeit verbunden ist.
Bei den Organen Hc'-Hc'''' ist die zentrale Boh rung mit 9-12 bezeichnet. Dabei sind die Bohrungen 9-12 über die Verteilvorrich- tungen S, und S,' mit den Mittelräumen der Kupplungsräder R9-R12 verbunden. Der feststehende Teil des Organes H,, enthält die Kanäle 1-5, die über die Verteilvorrichtung Sa mit den Mittelräumen der Kupplungs räder R1-R5 verbunden sind. Der fest stehende Teil des Organes Hb enthält die Kanäle 6-8, die über die Verteilvorrichtung Sb mit den Mittelräumen der Kupplungsräder R6-R8 verbunden sind. Die feststehenden Teile der Organe enthalten Kanäle 9', 10', 11', 12'.
Diese sind dauernd mit der Quelle der Druckflüssigkeit verbunden. Die Organe haben einen zweiten Kanal 9", 10", 11", 12". Diese sind dauernd mit dem freien, Abfluss der Druckflüssigkeit verbunden. Die Organe H", und Hb sind durch eine Zahnrad übersetzung so miteinander verbunden, dass sich der drehbare Teil 13 des Organes:
Hb dreimal langsamer dreht als der entspre chende Teil des Organes Ha,. Hb ist wieder um mit dem Organ H, so verbunden, dass der drehbare Teil 13 dreimal so langsam um läuft als der entsprechende Teil von Hb oder also neunmal langsamer als der entspre chende Teil von H". Im wenigsten ange nähert gleichen Verhältnis stehen die <B>3 9</B> Winkelmasse der Überdeckungsteile,
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welche zwischen den Kanälen 5 und 1, 6 und 7 und, 8, 9' und 9", 10' und 10", 11' und il", 12' und 12" liegen.
Man hat es durch Bemessung des ersten in diesem Zusammenhang mass gebenden Überdeckungsteils zwischen den Kanälen 1 und 5 des Organes Ha, in der, Hand, dafür zu sorgen, dass die zugeordneten Überdeckungsteile bei den Organen Hb und H, noch eine für die Ausführung und die Sicherheit der Wirkung der Organe genü-. gende Grösse erhalten.
In der Zeichnung ist durch den Kanal 15 des Organes Ha der Kanal 3 und damit der Mittelraum des, Rades R3 mit dem Drucköl verbunden; R" ist also eingekuppelt, während alle übrigen Räder des ersten Getriebes über die Kanäle 1, 2, 4, 5 und 16 mit dem Ab fluss verbunden sind, also ausgekuppelt sind. Bei dem Organ Hb ist Kanal 7 durch Kanal 15 mit der Bohrung 17, als dem Druckflüs- sigkeitszufluss verbunden. Demgemäss ist Rad R., der zweiten Gruppe eingekuppelt, während die Räder 6 und 8 ausgekuppelt sind, weil die Kanäle 6 und 8 über den Kanal 16 mit dem Abfluss verbunden sind.
Da die mittlere Stufe R3, R'3 des ersten Getriebes gleichzeitig mit der mittleren Stufe R7, R'7 gekuppelt ist, erscheint der Kanal 15 des: Or- ganes Hb in der Mitte des Kanals 7. Beim Organ H', ist der Mittelraum des Kupplungs rades Rfl über die Kanäle 9', 15, 9 mit der Druckflüssigkeit verbunden. R9 ist also ge- kuppelt.
Das Organ H,' verbindet den Mit telraum des Stufenrades Rio über die Kanäle 10, 15, 10" mit dem Abfluss der Druck flüssigkeit. Dieses Rad ist also ausgeschaltet. Das Organ H,"' verbindet den Mittelraum des Kupplungsrades R" über die Kanäle 11, 15, 11" ebenfalls mit dem Abfluss der Druck flüssigkeit. Auch dieses Rad ist ausgekup pelt. Das Organ H,"" verbindet den Mittel raum des Kupplungsrades Bit über die Ka näle 12, 15, 12' mit dem Zufluss der Druck flüssigkeit. Dieses Rad ist also gekuppelt.
Die eingeschaltete Stufe des mit zwei Zwi schenwellen versehenen dritten Stufengetrie- R9 R14 R16 bes ist also . Da die mittleren
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R13 B15 R12 Stufen der vorgeschalteten Stufengetriebe eingeschaltet sind, muss .der Kanal 15 in dem Organ H, in die Mitte des Kanals 9' und 10" münden.
Wir bezeichnen nun die Zähnezahl der Räder mit z unter Beifügung des gleichen Indexes, welcher auf die Radbezeichnung selbst angewendet ist.
Der Stufensprung des ersten Getriebes ist demnach:
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der des zweiten Getriebes ist: <I>'</I> <B>2</B> w
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. Hier sind, der des dritten Getriebes ist s wie aus dem Schaltschema ohne weiteres zu erkennen ist, der Reihe nach eingeschaltet: ; II: R10 und R12; III: R10 und I: R9 und R1 R11. Die wirksamen Übersetzungen sind dann Übersetzungen, <I>"</I> Forderungen 4 10 und 30 <I>"</I> Ü bei
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und die Quotienten dieser aufeinanderfolgen den Ubersetzungen, die den Stufensprung bilden müssen, den vorgeschriebenen Wert s haben.
Es bestehen genügend Freiheitsgrade, um diese Forderungen zu erfüllen und gleich zeitig noch eine beliebige "überlagerte Über setzung" zu verwirklichen und gewissen für die Herstellung erwünschte Symmetrie-Be dingungen Rechnung zu tragen. Das Getriebe A hat also den kleinsten Stufensprung, das Getriebe B den zweitkleinsten Stufensprung und das Getriebe C den grössten Stufen sprung.
Die totalen Stufensprünge in den drei Getrieben sind s4, s10 und s30 und das ganze Variationsverhältnis der Geschwindigkeiten hat den Wert s44.
Die der Stufung überlagerten, unveränder lichen Übersetzungen sind die jeweils in der ersten Stufe eines Getriebes wirkenden Uber- setzungen, also
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Man könnte natürlich an irgendeiner Stelle des Systems noch beliebige andere unver änderliche bersetzungen einschalten, ohne dadurch im geringsten die Genauigkeit der eschwindigkeitsabstufung als solche zu be einflussen.
Folgende Tabelle gibt die Poten zen des Stufensprunges s für die ganze Stu fenreihe in ihren Zusammenhängen mit der Stufung in den einzelnen Getrieben:
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Getriebe <SEP> <I>C <SEP> B <SEP> A</I>
<tb> Stufe <SEP> ( <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5
<tb> 1 <SEP> 1 <SEP> 0 <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4
<tb> 1 <SEP> 2 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7 <SEP> 8 <SEP> 9
<tb> 1 <SEP> 3 <SEP> 10 <SEP> 11 <SEP> 12 <SEP> 1.8 <SEP> 14
<tb> 2 <SEP> 1 <SEP> 15 <SEP> 16 <SEP> 17 <SEP> 18 <SEP> 19
<tb> 2 <SEP> 20 <SEP> 21 <SEP> 22 <SEP> 23 <SEP> 24
<tb> 2 <SEP> 3 <SEP> 25 <SEP> 26 <SEP> 27 <SEP> 28 <SEP> 29
<tb> 3 <SEP> 1 <SEP> 80 <SEP> 87 <SEP> 32 <SEP> 33 <SEP> 34
<tb> 37 <SEP> 38 <SEP> 39
<tb> 8 <SEP> 2 <SEP> 35 <SEP> 8
<tb> 3 <SEP> 3 <SEP> 40 <SEP> 41 <SEP> 42 <SEP> 43 <SEP> 44 Zur Erläuterung der Tabelle sei
folgen des bemerkt: Es sei im ersten Getriebe A die Stufe 3 eingeschaltet, also R'3 mit R3, gekuppelt. Im Getriebe C sei ebenfalls die zweite Stufe eingeschaltet, also BI" (über die Zwi schenräder R14, R15, R16) mit Rl2 gekuppelt. Demgemäss hat man abzulesen in der 3. Kolonne der Tabelle in der 2. Zeile des 2. Getriebes C und findet den Exponenten 22. Somit ist der Stufensprung 812 eingeschal tet. Wenn die drehbaren Teile von Ha, <I>Hb,</I> H, im Uhrzeigersinn aus der in Fig. 1 ge zeigten Stellung im Uhrzeigersinn gedreht werden, ergibt sich folgendes: Nach einer vollen Umdrehung sind sämt liche Kanäle 1-5 mit dem Kanal 15 ver bunden und demnach alle Stufen von A nach einander geschaltet worden.
Während dieser Zeit hat 13 von Hb ein Drittel Umdrehung gemacht, wobei ständig 7 mit 15 und damit Rad 7 des Getriebes B eingeschaltet blieb. Nachdem 13 von Hb eine ganze Umdrehung gemacht hat, sind alle drei Stufen von B ge schaltet worden, wobei zu jeder Stufe von B alle Stufen von A geschaltet wurden, da ja 13 von Ha; während dieser Zeit drei Umdre hungen gemacht hat. Während drei Umdre hungen von 13 von Hb hat sich 13 von H, einmal gedreht. Dabei ist eine der drei Schal tungen von c bei jeder Umdrehung geschal tet. Es tritt dabei die in der Einleitung er wähnte Schaltung der drei Getriebe auf.
Man sieht, dass der ganze Bereich ohne jede Lücke und ohne jede Überdeckung beim Übergang von einem Getriebe zum andern und somit mit dem Minimum von aufgewen deten Mitteln ausgefüllt ist. Die Überprü fung praktischer Beispiele zeigt, dass selbst bei Wahl des feinen Stufensprunges
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Man Benützung Das , vermöge der erwähnten Vorteile, welche die Anwendung der Kupplungsräder in sich schliesst, die Ausführung entsprechend der theoretischen Reihung praktisch gesprochen vollkommen gelingt, indem nur Abweichun- gen von Bruchteilen eines Prozentes zuge lassen werden müssen. Das ganze Variations- verhältnis mit dem oben genannten Werte von s beträgt rund 158, eingeteilt in 45 Stu fen.
Wählt man in dem ersten Getriebe 6 Stufen, so erhält man 54 Stufen bei einem totalen Variationsverhältnis von rund 450.
kann damit zum Beispiel einen Ge schwindigkeitsbereich von 5 bis 2250 U/min beherrschen, ohne irgendwie die Motordreh zahl zu ändern.
Der die mit der beschriebenen Vorrich tung versehene Maschine bedienende Arbeiter kann ohne jede besondere Überlegung und ohne überhaupt einen Fehler machen zu können, im ganzen Bereich beliebig schalten. Der Übergang von einem Getriebe zu einem andern erfolgt ganz selbsttätig und unter Ausschluss irgendeiner Fehlermöglichkeit. Es ist klar, dass dadurch erhebliche Zeitgewinne bei der Benützung einer solchen Maschine resultieren.
Schaltorgan kann ohne Schwierigkeit an der -für die Bedienung geeignetsten Stelle angeordnet werden.
Die in Abb. 2 beispielsweise schematisch dargestellte Anzeigevorrichtung der Dreh zahl besteht aus einer Trommel 51, auf deren Umfang die einstellbaren Drehzahlen der Reihe nach aufgetragen sind. (Dabei wird natürlich der verlängerten Überdeckung Rechnung getragen, welche jeweils beim Übergang von Stufe 5 auf Stufe 1 des ersten Getriebes zu überschreiten ist.) An dem Fenster 52 des Gehäuses 50 kann man- die eingestellte Drehzahl ablesen. Die Trommel läuft mit der Drehzahl des drehbaren Teils des letzten Schaltorganes Hc oder, sofern ihr Umfang nicht voll ausgenützt wird, mit einer der Drehung jenes Teils proportionalen kleineren Geschwindigkeit.
Man kann die gewollte Geschwindigkeit bei Leergang oder Stillstand der Maschine einstellen und ab lesen.
In Abb. 5 ist ein Getriebe eines zweiten Beispiels mit verhältnismässig grobem Stu= fensprung angenommen, also der zum Bei spiel gleich ist dem Stufensprung des letz- ten Getriebes C in dem Beispiel nach Abb. 1. Das Getriebe besteht aus den Wellen 67 mit den aufgekeilten Rädern 61, 62, der Welle 70 mit den aufgekeilten Rädern 65, 66. Da zwischen ist eine feststehende Achse 68 an geordnet, auf der die durch eine Hülse mit einander verbundenen Getrieberäder 68, 64 drehbar und axial verschiebbar sind.
Diese beiden Schieberäder können in drei verschiedene Stellungen gebracht werden, wobei sich folgende drei Eingriffe ergeben:
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I <SEP> 61, <SEP> 64 <SEP> und <SEP> 63, <SEP> 66 <SEP> im <SEP> Eingriff
<tb> II <SEP> 62, <SEP> 63 <SEP> " <SEP> 63, <SEP> 66 <SEP> " <SEP> " <SEP> (gezeich III <SEP> 62, <SEP> 63 <SEP> " <SEP> 64, <SEP> 65 <SEP> " <SEP> net) Das Rad 62 erhält die zu übertragende Leistung von der Welle 85 mit Rad 84 und das Rad 66 gibt sie über Rad 86 an eine Welle 87 ab. Die Wellen 67, 70 sind in den Wänden 71, 71' eines Maschinengehäuses ge lagert.
Mit dem Rad 64 und damit mittelbar auch mit Rad 63 ist die Hülse 69 verbunden, welche an ihrem rechten Ende den Kolben 72 trägt. Dieser läuft in dem Gehäuse 76 eines Zylinders und bildet zusammen mit der Hülse einen Differentialkolben. Auf der lin ken Seite befindet sich der Anschluss 7 7 für die Druckflüssigkeit. In der Mitte und am Ende hat das Gehäuse je eine Abzapfstelle 78 und 79. Der Raum rechts vom Kolben ist mit dem Raume links durch eine im Kolben untergebrachte verhältnismässig enge Boh rung 73 verbunden. (Alternativ kann an Stelle dieser Bohrung der Kanal 74 im Ge häuse treten, dessen Durchgangsquerschnitt durch das Spitzventil 75 regulierbar ist.
Die Teile 72, 76 bilden einen Servomotor für Zierstellung der Schieberäder 62, 64. An Stelle der Schieberäder könnte das Getriebe auch vom Servomotor verstellbare Ziehkeile aufweisen.
Wenn 78 und 79 geschlossen gehalten werden, so herrscht auf beiden Seiten des Kolbens wegen des Kanals 73 der gleiche spezifische Druck; der Kolben geht in seine äusserste Lage nach links; man hat Schal- tung III. Wird 78 offen gehalten, 79 jedoch geschlossen, so sinkt der Druck in dem Raume rechts des Kolbens; der Kolben geht nach rechts bis seine Kante die Anfluss öffnung 78 gerade so weit teilweise ab schliesst, dass der Kolben im Gleichgewicht schwebend gehalten wird. (In Teilung.) Man hat die Schaltung 11. Hält man 7 8 geschlos sen, jedoch 79 geöffnet, so kommt der Kol ben in seine äusserste Lage nach rechts, und man hat die Schaltung 1.
Die drei Stellungen des Kolbens können nun durch die Schaltorgane 11".' und H,' (die jedoch konstruktiv leicht. zu einem einzigen Organ vereinigt sein können) geschaltet wer den. Diese Organe bestehen aus einem fest stehenden Teil 80, einem darin drehbaren Teil 81 mit einem Zentralkanal 83, in wel chen ein radialer Kanal 82 mündet. 83 ist mit der Abflussstelle der Druckflüssigkeit dauernd verbunden. 11,,' hat einen Kanal 78', welcher einen Drittel des Umfanges (abzüg lich einer gewissen Überdeckung) und Hc6 einen Kanal 79', welcher ein Drittel des Umfanges (ebenfalls abzüglich einer gewis sen Überdeckung) ausmacht. Die Abflussstel len 78 und 79 sind mit den Kanälen 78' und 79' verbunden.
In der gezeichneten Stellung ist 78 durch H,.' geöffnet, durch H,' 79 ge schlossen, der Kolben schwebt also in der gezeichneten Lage. Die drei Schaltunten sind gekennzeichnet wie folgt:
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I <SEP> 78 <SEP> geschlossen <SEP> 79 <SEP> offen
<tb> 1I <SEP> 78 <SEP> offen <SEP> 79 <SEP> geschlossen
<tb> III <SEP> 78 <SEP> geschlossen <SEP> 79 <SEP> geschlossen.
Man erkennt ohne weiteres, da.ss die Schaltorgane dieser Forderung entsprechen und auch dass die Schaltorgane H', H,' an Stelle des Organes 11, in Abb. 1. treten kön nen. Die Teile 81 von 11,' und H,' ni,-ichen die gleichen Drehbewegungen.
Werden aus Stellung 1I (.dargestellt) die Teile 81 im Gegenuhrzeigersiiiti gedreht, so erhält man, wie ersichtlich, Stellung I (78 geschlossen, 79 offen) und nach weiterer Drehung Stel lung 111 (78, 79 beschlossen).
Man kann es dann ohne weiteres so einrichten, dass beim Übergang von einer Stufe zur andern inner halb dem Getriebe G (welches also mit Schieberädern arbeiten soll) die Verstellung der Schieberäder eingeleitet wird, bevor die Überdeckung an den Schaltorganen der vor geschalteten Stufengruppen überschritten sind, so dass mindestens die Ausschaltung der Stufenräder nicht unter Last erfolgt, und dass bei günstigen Bedingungen auch die Einschaltung ohne Last geschieht, jedenfalls aber die Räder unter hydraulischem Druck an den Rändern anstossen, in welche sie ein greifen sollen,
so dass sie bei eintretender Übereinstimmung der Verzahnung mit gro sser Geschwindigkeit "einspringen". Die Erfindung ist unabhängig von der Art der zur Verwendung kommenden Zahn räder-Stufengetriebe und im Rahmen der hydraulischen Kupplungsräder unabhängig von der besonderen Konstruktion solcher Räder. Es können alle Arten von Schalt organen, welche sich zu dessen Durchfüh rung eignen, verwendet werden. So können beispielsweise an Stelle von Drehschiebern oder Hahnen Schieber mit axialer Längs bewegung in Frage kommen.
Die Betätigung der miteinander entsprechend verbundenen Schaltorgane kann in irgendeiner Weise geschehen, zum Beispiel mittels eines Hand rades, eines Hebels, jedoch auch vermittels pneumatischer, elektrischer oder hydrau lischer Steuerung. Es kann auch in Frage kommen, von der Schaltanlage aus in irgend einer Weise andere -Funktionen in einen ;e setzmässigen Zusammenhang mit dem Zu stand an der Leistungsübertragungsvorrich- tung zu bringen.
Es können mit den beschriebenen Vor richtungen auch Getriebe anderer Art als Zahnradgetriebe kombiniert werden, bei spielsweise auch stufenlose Getriebe hydrau lischer oder mechanischer Art. Bei der Kombination mit hydraulischen, stufenlosen Getrieben ergibt sich der Vorteil, dass ohne hin ein Öldrucksystem für dieses Getriebe vorliegen muss, -das für den Betrieb der Schaltung und Steuerung der Zahnradgetriebe der Vorrichtung benützt werden kann.