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Zahnräderwechselgetriebe Die Erfindung bezieht sich auf ein Zahnräderwechselgetriebe
mit Übersetzungsstufen, die sowohl durch eine in beiden Drehrichtungen mitnehmende
Kupplung (feste Kupplung) als auch durch eine nur in einer Drehrichtung mitnehmende
Kupplung (Freilaufkupplung) in den Antrieb einschaltbar sind, wobei zum Übergang
von einer niederen auf eine höhere Übersetzungsstufe zuerst die nach beiden Drehrichtungen
wirksame Antriebsübertragung unterbrochen und nur die Freilaufkupplung in der niederen
Übersetzungsstufe aufrechterhalten und erst hernach die höhere Übersetzungsstufe
eingeschaltet wird.
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Die Erfindung besteht darin, daß bei mindestens einem Paar von benachbarten
Übersetzungsstufen die festen Kupplungen auf den entgegengesetzten Seiten der zu
kuppelnden Zahnräder angeordnet sind und zwischen diesen in an sich bekannter Weise
eine für die beiden Freilaufkupplungen gemeinsame Freilaufeinrichtung liegt.
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Die Erfindung bezweckt des weiteren eine verbesserte Schaltung von
Getrieben mit durch Kupplungen, insbesondere Reibungskupplungen, einrückbaren Übersetzungsstufen.
Bei den bisher üblichen Getrieben dieser Art, bei welchen die Gänge z. B. durch
elektromagnetisch betätigte Reibungskupplungen geschaltet wurden, ergab sich der
Nachteil, daß die Kupplungen entweder zu hart eingestellt waren, wodurch das Schalten
stoßweise erfolgte, oder zu weich, was die Gefahr eines Durchgehens des Motors zur
Folge hatte.
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Durch die Erfindung kann diesem Nachteil dadurch begegnet werden,
daß bei einem Getriebe der im Hauptpatent beschriebenen Art die mit den
Freilaufeinrichtungen
zusammenwirkenden, vorzugsweise als Reibungskupplungen ausgebildeten Kupplungsvorrichtungen
hart, d. h. mit kurzer Eingriffszeit, die vorzugsweise ebenfalls als Reibungskupplungen
ausgebildeten Kupplungsvorrichtungen der festen Kupplungen dagegen weich, d. h.
mit langer Eingriffszeit, eingestellt sind. Ein Durchgehen des Motors ist in diesem
Fall nicht mehr möglich, da die mit Freilaufeinrichtungen zusammenwirkenden hart
eingestellten Kupplungen eine Antriebsübertragung auch während des Zeitraumes beim
Überschalten von dem einen in den anderen Gang sicherstellen und damit ein Durchgehen
des Motors verhindern. Andererseits wird jedoch das Schalten in die einzelnen Gänge
infolge der weichen Einstellung der festen Kupplungen stoßfreier gestaltet. Die
Betätigung der Kupplungen kann mechanisch, zweckmäßig jedoch elektromagnetisch oder
auch z. B. hydraulisch oder pneumatisch erfolgen. Bei elektromagnetischer Betätigung
der Kupplung kann die weiche oder harte Einstellung der Kupplungen in besonders
einfacher Weise durch eine entsprechend langsame bzw. schnelle Erhöhung der die
Schaltung bewirkenden Stromstärke erzielt werden.
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In einer zweckmäßig vereinfachten Ausführungsform der Erfindung brauchen
nur die mittleren Übersetzungsstufen, z. B. des zweiten und dritten Ganges eines
Vierganggetriebes, neben gesonderten festen Kupplungen eine (vorzugsweise) gemeinsame
Freilaufkupplungsvorrichtung zu besitzen, während dem niedersten Gang nur eine Freilaufkupplung,
dem höchsten Gang nur eine feste Kupplung zugeordnet ist. Zweckmäßig ist in diesem
Fall auch die dem niedersten Gang allein zugeordnete Freilaufkupplung, d. h. die
mit einer Freilaufvorrichtung zusammenwirkende Kupplung, ebenso wie die festen Kupplungen
des Getriebes, weich eingestellt. Eine besondere Haupt- oder Motorkupplung kann
in diesem Fall erspart werden, da mit den weich eingestellten Kupplungen der einzelnen
Gänge angefahren werden kann.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
und zwar zeigt Abb. I einen Längsschnitt durch ein Getriebe nach der Erfindung,
wobei der Rückwärtsgang der Übersichtlichkeit halber fortgelassen ist, und Abb.
2 einen Schnitt nach Linie A-B durch eine Freilaufvorrichtung nach Abb. I.
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Es bedeutet I die z. B. unmittelbar mit der Motorkurbelwelle ohne
Zwischenschaltung einer Hauptkupplung verbundene treibende Getriebewelle, auf welcher
das Zahnrad 2 fest angeordnet ist. Letzteres steht mit einem Zahnrad 3 der Vorgelegewelle
4 in ständigem Eingriff, auf welcher außer dem Zahnrad 3 die Zahnräder 5, 6 und
7 fest angeordnet sind. Die Zahnräder 5, 6 und 7 stehen mit den Zahnrädern 8, 9
und I0 in ständigem Eingriff, wobei letztere beispielsweise durch Rollen- oder Nadellager
frei drehbar auf der getriebenen Welle II gelagert sind.
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Die niederste Übersetzungsstufe (erster Gang) wird durch Kupplung
des Zahnrades I0 mit der Welle II eingeschaltet. Zu diesem Zweck ist auf der Welle
II eine Muffe I2 angeordnet, welche mittels einer Freilaufvorrichtung I3 (Abb. 2)
mit der Welle II in einer Drehrichtung derart gekuppelt ist, daß bei einem Antrieb
der Kupplungsmuffe I2 in Hauptdrehrichtung die Welle II in dieser Drehrichtung mitgenommen
wird, während bei einem Antrieb der Welle II mit einer Drehzahl, welche über der
Antriebsdrehzahl der Kupplungsmuffe I liegt, eine Unterbrechung des Antriebes durch
die Freilaufvorrichtung stattfindet.
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Zur Kupplung der Kupplungsmuffe I2 mit dem Zahnrad I0 dient eine Lamellenkupplung
I4, welch durch einen mit dem Zahnrad I0 fest verbundenen und mit einer Erregerwicklung
I5 versehenen Magnet I6 auf elektromagnetischem Wege eingerückt wird.
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Zwischen den Zahnrädern 9 und 8 für den zweiten bzw. dritten Gang
ist des weiteren eine Kupplungsmuffe I7 angeordnet, welche in der vorher beschriebenen
Art durch eine Freilaufvorrichtung I8 mit der Welle II in Hauptdrehrichtung gekuppelt
ist: An den beiden Enden der Kupplungsmuffe I7 sind Nuten I9 bzw. 20 vorgesehen,
welche zum Tragen der inneren Lamellen der beiden Lamellenkupplungen 2I bzw. 22
dienen. Die Lamellenkupplungen 2I und 22 können ihrerseits auf elektromagnetischem
Wege durch die Wicklungen 23 bzw. 24 in Eingriff gebracht werden und damit die Kupplungsmuffe
I7 entweder mit dem Zahnrad 9 oder dem Zahnrad 8 kuppeln.
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Außerdem kann das Zahnrad 9 durch die Erregerwicklung 25 einer elektromagnetisch
geschalteten Lamellenkupplung 26 unmittelbar mit der Welle II gekuppelt werden.
In entsprechender Weise dient die durch die Erregerwicklung 27 auf elektromagnetischem
Wege betätigte Lamellenkupplung 28 zur unmittelbaren Kupplung des Zahnrades 8 mit
der getriebenen Welle II. Eine weitere, durch die Erregerkupplung 29 geschaltete
Lamellenkupplung 30 kann das Zahnrad 2 bzw. die treibende Welle I unmittelbar, d.
h. unter Antriebsmitnahme in beiden Drehrichtungen, mit der getriebenen Welle II
kuppeln.
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Die Wirkungsweise des Getriebes ist folgende: Zur Einschaltung des
ersten Ganges wird die Erregerwicklung I5 mit Strom beliefert, wodurch die Kupplungsmuffe
I2 mittels der Lamellenkupplung I4 mit dem Zahnrad I0 gekuppelt wird. Wie bereits
beschrieben wurde, ist hierdurch das Zahnrad I0 über die Freilaufvorrichtung I3
in Hauptantriebsdrehrichtung mit der Welle II gekuppelt, so daß beim Antrieb der
treibenden Welle I der Antrieb über die Zahnräder 2, 3, die Vorgelegewelle 4, die
Zahnräder 7, io, die Lamellenkupplung 14 und die Freilaufvorrichtung 12, 13 auf
die Getriebewelle i i übertragen wird. Diese Antriebsübertragung entspricht der
Einschaltung der niedersten Übersetzungsstufe bzw. des ersten Ganges.
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Soll auf den zweiten Gang übergeschaltet werden, so wird die Erregerkupplung
25 mit Strom beliefert, wodurch eine unmittelbare Kupplung des Zahnrades
9 mit der Welle i i über die feste, d. h. in
beiden Drehrichtungen
mitnehmende Lamellenkupplung 26 stattfindet. Die Erregerkupplung I5 verbleibt hierbei
unter Strom, jedenfalls so lange, bis die Kupplung des Rades 9 mit der Welle II
stattgefunden hat. Gleichzeitig mit der Erregerwicklung 25 kann auch die Erregerwicklung
23 mit Strom beliefert werden, so daß das Zahnrad 9 gleichzeitig mit der Kupplungsmuffe
I7 über die Lamellenkupplung 2I gekuppelt wird. Die Freilaufvorrichtung I8 ist jedoch
in diesem Fall infolge der unmittelbaren Kupplung des Zahnrades 9 mit der Welle
II zunächst unwirksam.
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Die Antriebsübertragung des zweiten Ganges erfolgt alsdann von der
Getriebewelle Ii über die Zahnräder 2, 3, 6, 9 und die Kupplung 26 zur Getriebewelle
II.
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Soll nunmehr auf den dritten Gang übergeschaltet werden, so wird der
Strom zu der Erregerwicklung 25 unterbrochen und gleichzeitig bzw. anschließend
die Erregerwicklung 27 mit Strom beliefert. Hierdurch tritt die Kupplung 26 außer
Eingriff, während die Kupplung 28 in Eingriff gelangt. In der Zwischenzeit zwischen
dem Ausrücken der Kupplung 26 und dem Einrücken der Kupplung 28 tritt die Freilaufvorrichtung
I7, I8 insofern in Tätigkeit, als sie die Antriebsverbindung in der Hauptantriebsrichtung
zwischen dem Zahnrad 9 und der Welle II über die Kupplung 2I aufrechterhält und
somit eine Unterbrechung des Antriebes und ein Durchgehen des Motors verhindert.
Die Strombelieferung der Erregerwicklung 23, welche entweder (wie beschrieben) gleichzeitig
mit der Strombelieferung der Erregerwicklung 25 oder auch z. B. erst erfolgt, kurz
bevor der Strom zu der Erregerwicklung 25 unterbrochen wird, ist zu unterbrechen,
sobald auch die Erregerwicklung 2,4 mit Strom beliefert und somit das Zahnrad 8
mit der Kupplungs-Muffe I7 der Freilaufvorrichtung über die Lamellenkupplung 22
gekuppelt werden soll. Diese Kupplung kann unmittelbar mit dem Einrücken der festen
Kupplung 28 zur direkten Verbindung des Zahnrades 8 mit der Welle II oder auch erst
dann erfolgen, wenn auf einen weiteren höheren Gang übergeschaltet werden soll.
Bei eingerückter Kupplung 23 erfolgt die Antriebsübertragung von der treibenden
Welle I über die Zahnräder 2, 3, 5, 8 zur Welle II, wobei die Kupplung 28 eine Mitnahme
der Welle II durch das Zahnrad 8 in beiden Drehrichtungen vermittelt (dritter Gang).
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Zur Überschaltung in den vierten Gang ist die treibende Welle I bzw.
das Zahnrad 2 unmittelbar mit der getriebenen Welle II zu verbinden. Zu diesem Zweck
wird die Erregerwicklung 29 mit Strom beliefert und dadurch die Lamellenkupplung
30 in Wirkung gesetzt. Zuvor ist der Strom zu der Erregerwicklung 27 ausgeschaltet
und die Antriebsverbindung zwischen dem Zahnrad 8 und der Welle II allein durch
die Lamellenkupplung 22 über die Freilaufvorrichtung I7, I8 aufrechterhalten worden.
Die Freilaufvorrichtung I7, I8 sorgt auch in diesem Fall dafür, daß eine Antriebsunterbrechung
in Hauptantriebsrichtung unterbleibt, bis die Lamellenkupplung 30 gefaßt hat und
dadurch die Welle II in höhere Drehzahl als die Kupplungsmuffe I7 versetzt wird,
wodurch die Freilaufvorrichtung den Antrieb freigibt.
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Das Abwärtsschalten der Gänge erfolgt in entsprechend umgekehrter
Weise. Beim Überschalten von einem höheren auf einen niederen Gang wird der Antrieb
zunächst jeweils bei entsprechend geschalteten Erregerwicklungen von der Freilaufvorrichtung
des nächstniederen Ganges aufgenommen, bis die feste Kupplung des betreffenden Ganges
in Eingriff gebracht worden ist.
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Der Rückwärtsgang könnte ebenfalls auf elektromagnetischem Wege geschaltet
werden und entweder innerhalb des gemeinsamen Getriebegehäuses oder außerhalb desselben
in Gestalt eines Zusatzgetriebes angeordnet sein.
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Wie ersichtlich, sind lediglich für den zweiten, dritten und vierten
Gang feste, d. h. in beiden Drehrichtungen mitnehmende Kupplungen 26, 28, 30 vorgesehen,
während Freilaufkupplungen I4, 2I, 22 nur dem ersten, zweiten und dritten Gang zugeordnet
sind. Für die Freilaufkupplungen 2I und 22 ist eine gemeinsame Freilaufvorrichtung
I7, I8 vorgesehen, wodurch das Getriebe vereinfacht und die Baulänge des Getriebes
verkürzt wird. Gegebenenfalls könnten weitere derartige gemeinsame Freilaufeinrichtungen,
beispielsweise für den ersten und zweiten Gang einerseits und für den dritten und
vierten Gang andererseits vorgesehen werden. Auch kann gegebenenfalls die Freilaufeinrichtung
derart angeordnet sein, daß sie mehr als zwei Gängen gemeinsam zugeordnet ist.
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Ein besonders vorteilhaftes Schalten ergibt sich, wenn die Freilaufkupplungen
2I und 22 für den zweiten und dritten Gang hart, die übrigen Kupplungen dagegen,
gegebenenfalls einschließlich der Freilaufkupplung I4 für den ersten Gang, weich
eingestellt sind. Hierdurch wird, wie bereits erwähnt, einerseits ein weiches Einschalten
der einzelnen Gänge ermöglicht, andererseits aber zugleich ein Durchgehen des Motors
verhindert.
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An Stelle der elektromagnetischen Kupplungen können auch mechanisch,
pneumatisch, hydraulisch oder in sonstiger Weise betätigte Kupplungen zur Anwendung
kommen. Die Erfindung ist in gleicher Weise für Getriebe mit weniger oder mehr als
vier Gängen anwendbar. Besonders vorteilhaft ist die Anwendung der Erfindung bei
Kraftfahrzeugen, wenn sie auch bei Getrieben für andere Zwecke, bei denen ähnliche
Verhältnisse vorliegen, ebenfalls mit Vorteil angewendet werden kann.