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Vielstufiges Zahnräderwechselgetriebe Die Erfindung betrifft ein vielstufiges
Zahnräderwechselgetriebe, insbesondere für den Hauptantrieb von Werkzeugmaschinen,
mit einem feinstufigen Hauptgetriebe und einem dem Hauptgetriebe nachgeschalteten
grobstufigen Vorgelege, dessen Stufensprung gleich dem Gesamtschaltbereich des Hauptgetriebes
ist, und besteht darin, daß in an sich bekannter Weise eine Zwischenwelle dem Hauptgetriebe
kraftflußmäßig parallel geschaltet ist, die über Zahnräder mit der Antriebswelle
in Verbindung steht, und daß in ebenfalls bekannter Weise die Nabe des Zahnrades
durch eine Reibungskupplung mit der Welle kuppelbar ist. Durch die erfindungsgemäße
Vereinigung der gekennzeichneten Merkmale kommen die unter Last zu schaltenden Reibungskupplungen
am Eingang der Getrigbekombination zu liegen, wo sie nur für ein relativ kleines
Drehmoment bemessen zu sein brauchen, während alle anderen Kupplungen als Klauenkupplungen
ausgebildet sein können, so daß sie trotz Bemessung für hohe Drehmomente, wie sie
z. B. beim Hauptantrieb von Werkzeugmaschinen benötigt werden, klein gehalten werden
können und geringen Platzbedarf aufweisen.
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Das ist z. B. bei einem bekannten, stufenlos regelbaren Getriebe nicht
der Fall, bei welchem Kettenstränge hinter einem stufenlos verstellbaren Kettengetriebe
zur Umgehung desselben während dessen Rückschaltung über Reibkupplungen den Kraftfluß
leiten, die auf der Abtriebswelle sitzen.
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Ist die Nabe des Zahnrades gemäß der Erfindung in an sich bekannter
Weise durch eine weitere Reibungskupplung mit einem gestellfesten Teil kuppelbar,
so kann durch die damit erzielbare Bremswirkung das Getriebe bei weiterlaufendem
Antrieb sehr schnell abwärts geschaltet werden, auch wenn große Massen abzubremsen
sind. Falls in dem Schaltgetriebe Überholungskupplungen verwendet werden, so brauchen
diese zum Bremsen nicht mit Sperreinrichtungen für die Überholung ausgerüstet zu
sein.
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Die Zwischenwelle fluchtet zweckmäßigerweise mit der Welle des Vorgeleges
oder besteht mit ihr aus einem Stück. Statt einer solchen einfachsten Ausgestaltung
der Erfindung können in an sich bekannter Weise auch mehr als eine das Hauptgetriebe
umgehende Zwischenwellen angeordnet sein, deren Räder, mit denen sie an die Antriebswelle
angeschlossen sind, verschiedene Übersetzungsverhältnisse aufweisen. Damit sind
Variationen in der Wahl und Au;sbil,dung der Zusatzstufen ermöglicht. An Stelle
der Zwischenwelle kann auch ein zweites, dem Hauptgetriebe gleiches, ihm kraftflußmäß,ig
parallel geschaltetes Getriebe vorhanden sein. Übernimmt dieses die Schaltung während
des Zurückschaltens des ersten Schaltgetriebes, so, entfällt auch der geringste
Zeitverlust. Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt.
Es zeigt Fig. 1 das schematische Grundprinzip, Fig.2 die schematische Darstellung
eines Zahnräderwechselgetriebes mit 21 Gängen mit Schaltbild, Fig.3 ein Beispiel
für ein zweites Schaltgetriebe in der Zwischenwelle.
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An Hand von Fig. 1 ist zunächst verdeutlicht, daß eine Zwischenwelle
51 a dem Hauptgetriebe G kraftflußmäßig parallel geschaltet ist und über die Zahnräder
54, 55 mit der Antriebswelle 10 in Verbindung steht, wobei die Nabe 56 des Zahnrades
55 durch eine Reibungskupplung 57 mit der Welle 10 kuppelbar ist. Die Zwischenwelle
51 a fluchtet mit der Welle 51 des Vorgeleges Z'. Die Nabe 56 des Zahnrades 55 ist
durch eine weitere Reibungskupplung 58 mit einem gestellfesten Teil 59 kuppelbar.
An Stelle der Zwischenwelle 51 a kann ein zweites, dem Hauptgetriebe G gleiches,
ihm kraftflußmäßig parallel geschaltetes Getriebe G' vorgesehen sein, wie gestrichelt
angedeutet ist.
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Das an sich bekannte Schaltgetriebe, von dem das Beispiel in Fig.2
ausgeht und dessen Schaltbereich erweitert werden soll, wobei seine Schaltart und
-folge unverändert erhalten bleiben sollen, läßt sechs Gänge schalten. Hierfür sind
vier Räderpaare, die mit Klauenkupplungen wahlweise eingeschaltet bzw. vorgewählt
werden können, zwei abwechselnd zum Einsatz kommende und das Schalten ausführende
Reibungs-Überholungskupplungen und zwei für alle Gänge wirksame Synchronisierungseinrichtungen
vorhanden. Der Antrieb dieses Schaltgetriebes erfolgt über die Welle 10 auf die
Stirnplatte 11 der Kupplungsglocke 12, welche beide Reibungs-Überholungskupplungen
A und B in sich aufnimmt und unmittelbar die zugehörigen äußeren Reibungslamellen
13 ständig mitnimmt. Die jeweiligen Innenlamellen 14
sitzen auf
Muttern 15 mit Steilgewinde 16, die auf den beiden Kupplungsnaben17 bzw. 18 aufgeschraubt
sind. Die Kupplungsnabe 17 der Kupplung A treibt die Welle 19, die Kupplungsnabe
18 der Kupplung B die Hohlwelle 20. Das Einschalten der jeweiligen Kupplung erfolgt
über die Druckringe 21 bzw. 22. Das Steilgewinde ist jeweils so ausgebildet, daß
die überholende Welle 19 oder 20 die Innenlamellen von den Druckringen abzieht,
so daß die Kupplung selbsttätig gelöst wird. Auf Grund dieser Eigenschaft der beiden
Reibungs-Überholungskupplungen A und B und auf Grund der getroffenen Vorwahl der
Räder des nächsthöheren oder nächstniederen Ganges erfolgt das Schalten ohne jede
Zugkraftunterbrechung. Eine ähnliche Wirkung, jedenfalls ohne nennenswerte Zugkraftunterbrechung,
kann erreicht werden, wenn statt der beiden Reibungs-Überholungskupplungen eine
an sich bekannte Wechselschlupfkupplung verwendet wird, deren Schaltstellung rasch
gewechselt werden kann.
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Auf der Hohlwelle 20 sitzt ein Zahnrad 23, das mit einem Zahnrad 24
im Verhältnis 1: q kämmt, das auf einer Welle 25 sitzt, welche ein Zahnrad 26 trägt;
ferner ist eine Kupplung 2 vorhanden zum Kuppeln mit der Hohlwelle 27, die ihrerseits
ein Zahnrad 28 trägt, sowie eine Kupplung 1 an einem lose drehbaren Zahnrad 29.
Mit diesem Zahnrad 29 kämmt ständig ein Zahnrad 30 im Verhältnis 1: q2, das auf
der Innenwelle 19 sitzt. Die kurzen waagerechten Striche zwischen der Zahnradnabe
und der Welle versinnbildlichen allgemein eine Paßfeder. Das Zahnrad 30 kann über
eine Kupplung 5 mit der Abtriebswelle 31 verbunden werden. Auf dieser sitzen noch
lose drehbar das Zahnrad 32, das mit dem Zahnrad 28 im Verhältnis 1:1 kämmt und
mit der Welle 31 durch die Kupplung 4 verbunden werden kann, sowie das Zahnrad 33,
das mit dem Zahnrad 26 ständig kämmt, im Verhältnis q2:1, und das mit der Welle
31 durch die Kupplung 3 verbunden werden kann.
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Der Kraftfluß der Gänge ist an Hand der in Fig. 1 unter dem Getriebe
gezeichneten Schaltbilder zu verfolgen: 1. Gang: A, 19, 30, 29, 1, 27, 2, 25, 26,
33, 3, 31; 2. Gang: B, 20, 23, 24, 25, 26, 33, 3, 31; 3. Gang: A, 19, 30, 29, 1,
27, 28, 32, 4, 31; 4. Gang: B, 20, 23, 24, 25, 2, 27, 28, 32, 4, 31; 5. Gang: A,
19, 5, 31; 6. Gang: B, 20, 23, 24, 25, 2, 27, 1, 29, 30, 5, 31. Auf der Welle 25
sind zwei Synchronisierungseinrichtungen Si und S2 angeordnet. Mit der Welle25 sind
deren Innenlamellen 40 unmittelbar in Drehrichtung verbunden. Die Außenlamellen
41 der Synchronisierkupplung S2 sind über den Steg 42 mit dem Zahnrad 29, die Außenlamellen
43 der Kupplung S1 über den Steg 44 mit einem zusätzlichen Zahnrad 45 verbunden,
das ständig mit einem Zahnrad46 im Verhältnis 1:1 kämmt, das auf der Welle 19 fest
sitzt. Jede der beiden Synchronisierungseinrichtungen ist für sich ein- oder ausschaltbar.
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Zum Verständnis der Wirkungsweise dieser Synchronisierungseinrichtungen
sollen kurz einige Schaltphasen verfolgt werden: Es sei von dem Zustand des eingeschalteten
1. Ganges ausgegangen, in welchem die Kupplungen 1, 2 und 3 eingeschaltet sind und
der Krafftfluß von der Reibungs-Überholungskupplung A ausgeht. Da in diesem Zustand
bereits die Schaltkup,plung 3 eingeschaltet und somit der Kraftfluß für den 2. Gang
vorbereitet ist, besteht die erste Schaltphase für den 2. Gang in der Einschaltung
der Reibungskupplung B. Da hierbei die Kupplungen 2 und 1 noch eingeschaltet sind,
wird die Überho:lungskupplung A über die Teile 2, 27, 1, 29, 30, 19 überholt und
damit selbsttätig wirkungslos; sie kann daher in der zweiten Phase ausgeschaltet
werden. Ebenso wird die Kupplung 2, die nun keine Leistung mehr überträgt, ausgeschaltet.
In der nächsten Phase wird die Schaltung auf den nächsthöheren Gang vorbereitet;
dazu wird S1 eingeschaltet. Dadurch werden, von der Welle 25 angetrieben, die Teile
45, 46, 30, 29, 1, 27, 28, 32 und damit die Kupplung 4 synchronisiert. In der nächsten
Phase kann nunmehr diese Kupplung 4 eingeschaltet werden; ein Drehmoment überträgt
sie dabei zunächst noch nicht. Dies erfolgt vielmehr erst beim Einschalten der Reibungs-Überholungskupplung
A. Dabei wird nunmehr B überholt. Darauf wird B ausgeschaltet. Kupplung
3 kann ausgeschaltet werden, da sie ein Drehmoment nicht mehr überträgt. Zur Vorbereitung
für die Schaltung auf den nächsthöheren Gang wird S2 eingeschaltet, dadurch Kupplung
2 synchronisiert. Diese Kupplung kann sodann eingeschaltet werden, womit der 4.
Gang vorgewählt ist. So wiederholt sich die Schaltung bei jedem weiteren Gangwechsel.
Die Reihenfolge der Schaltvorgängekehrt sich zum Abwärtsschalten entsprechend um.
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Diesem Schaltgetriebe ist ein grobstufiges Vorgelege mit vier Schaltungsmöglichkeiten
nachgeschaltet 1. Hauptstufe H und Stufe I; der Kraftfluß geht also über die Räder
Z 1, Z 5, Z 8, Z 4, 2. Hauptstufe H und Stufe II; der Kraftfluß geht also über die
Räder Z 1, Z 5, Z 7, Z 3, 3. Hauptstufe H und Stufe III; der Kraftfluß geht also
über die Räder Z 1, Z 5, Z 6, Z 2, 4. der Kraftfluß geht direkt zur Abtriebswelle
50. Die Übersetzungen sind so ausgelegt: Z1/Z5=1/q5, 22/Z6=1/1, Z3/Z7=q5/1, Z4fZ8=qioll.
Das Rad Z 1 ist fest auf der Abtriebswelle 31 des Schaltgetriebes; die Räder Z2,
Z3 und Z4 sind lose auf der Welle 50 und durch Kupplungen mit ihr verbindbar. Das
Rad Z8 ist fest auf der Vorgelegewelle 51. Die übrigen Räder Z5, Z6 und Z7 sitzen
lose auf der Welle 51 bzw. auf Hohlwellen 52 bzw. 53 und sind jeweils mit dem benachbarten
Rad über Kupplungen verbindbar. Die Schaltbilder sind unter Fig. 2 aufgezeichnet.
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Die Welle 51 ist bis zur Antriebsseite des Schaltgetriebes verlängert
und trägt dort ein Zahnrad 54, das mit einem Zahnrad 55 kämmt. Dies sitzt koaxial
zur Antriebswelle 10 auf einer Hohlwelle 56, welche über eine Reibkupplung 57 mit
der Antriebswelle 10 kuppelbar ist. Auf der Hohlwelle 56 sitzt außerdem eine Reibkupplung
58, deren anderer Kupplungsteil am Gehäuse 59 des Schaltgetriebes befestigt ist,
so daß mit dieser Kupplung 58 gebremst werden kann.
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Für den ersten Schaltbereich des Vorgeleges V, der über die Hauptstufe
H und die Stufe I geht, sind die Klauenkupplungen der Zahnräder Z 5, Z 6, Z 7 und
Z 4 eingeschaltet, so daß der Kraftfluß von der Abtriebswelle 31 des Schaltgetriebes
G über die Räder Z1, Z5. Hohlwelle 52, Z6, Hohlwelle 53, Z7, Welle 51, Z8, Z4, Abtriebswelle
50 geht. Über diesen Weg werden sämtliche sechs Gänge, die mit dem Schaltgetriebe
G schaltbar sind, geleitet. Nach Erreichen des höchsten Ganges wird die Reibkupplung
57 geschlossen. Von der Welle 10 über die Reibkupplung 57, Hohlwelle56, Räder 55,
54, Welle 51 erfolgt mit genau gleicher Drehzahl eine zweite Kraftübertragung; es
findet also eine Kräfteteilung statt. Falls die Endübersetzung des Schaltgetriebes
G und die Übersetzung 255/Z54 zur Zwischenwelle 51a, bedingt durch die Zähnezahlen,
nicht
absolut gleich sind, soll die letztere Übersetzung etwas geringer sein als die Endübersetzung
des Schaltgetriebes G, um ein Verspannen innerhalb des gesamten Getriebes zu vermeiden;
dann wird nämlich die jeweils geschaltete Überholungskupplung selbsttätig den Kraftfluß
über das Schaltgetriebe unterbrechen. Nun kann die in Wirksamkeit befindliche Reibungs-Überholungskupplung
A oder B geöffnet werden, ebenso die Klauenkupplung des Zahnrades
Z7. Der Kraftfluß geht sodann allein über die Räder 55, 54 vom Antrieb 10 auf die
Welle51. Dieser Kraftfluß wirkt mithin als Brücke zur zeitweiligen Umgehung des
Schaltgetriebes. Dieses kann auf seinen Anfangszustand zurückgeschaltet werden.
Ist das geschehen, so läuft das Rad Z3, das über Z7 mit dem Abtrieb 31 des Schaltgetriebes
in Verbindung geblieben ist, synchron mit der Welle 50. Die Kupplung des Rades Z3
kann eingeschaltet und damit Z3 mit der Welle 50 verbunden werden. Es tritt wieder
eine Kräfteteilung ein. Nunmehr wird die Reibkupplung 57 ausgeschaltet und der Kraftfluß
geht mit gleichbleibender Drehzahl über die Räder Z 1, Z 5, Z 7, Z3 zur Welle 50.
Das heißt also, der zweite Schaltbereich des Vorgeleges h ist eingerückt; die Kupplung
des Rades Z4 wird gelöst. Die Weiterschaltung erfolgt nunmehr im Schaltgetriebe
G von seinem 1. bis zum 6. Gang. Der Übergang zum dritten Schaltbereich des Vorgeleges
TV erfolgt sinngemäß.
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Die Schaltung aller 21 Stufen erfolgt z. B. nach folgendem Schema,
worin n die Drehzahl pro Minute,
q den gleichbleibenden Stufensprung, Br
die Brücke (Welle 51, Räder 54, 55, Hohlwelle 56, Reibkupplung 57) bedeutet:
Bei dem behandelten Beispiel ist ein Optimum hinsichtlich der Zähnezahlen der Räder
in den Vorgelegestufen noch nicht verwirklicht; die Räderpaare der Hauptstufe H
und der Stufe I sind stark unterschiedlich. Sollen sie gleich werden, so müßte z.
B. für 18 Stufen bei einem im Aufbau sonst gleichen Getriebe der Stufensprung an
der Hauptstufe H also
betragen, an der der Stufe I mithin Z 4: Z 8=q8'2 :1. Die Drehzahlen würden sich
dann vom 1. Gang von
1t - 1/q17 bis zum 16. Gang mit n
- 1/q2 verteilen.
Der 17. Gang würde mit n
- q und der 18. Gang mit 1-t
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laufen, womit
in der Endübersetzung ein Schnellgang vermieden wäre, obgleich das Schaltgetriebe
einen Schnellgang besitzt.
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Fig.3 zeigt ein Beispiel, das schematisch zwei Antriebszweige für
die Zwischenwelle 51 a andeutet, die wahlweise zum Einsatz kommen.