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Zahnräderwechselgetriebe mit mehreren durch elektromagnetische Kupplungen
schaltbaren Gängen, insbesondere für Kraftfahrzeuge Das Patent 92o 830 schützt unter
anderem ein Zahnräderwechselgetriebe mit mehreren durch elektromagnetische Kupplungen
schaltbaren Zahnradübersetzungen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bei welchem die
elektromagnetischen Kupplungen zu einer von den Zahnradübersetzungen getrennten
Kupplungsgruppe zusammengefaßt sind. Die elektromagnetischen Kupplungen sind hierbei
mit den zugehörigen Zahnrädern durch zueinander konzentrische Hohlwellen verbunden.
Eine solche Anordnung bietet vor allem den Vorteil, daß die Abmessungen der elektromagnetischen
Kupplungen eine für die einwandfreie Drehmomentübertragung ausreichende Größe erhalten
können, ohne hierbei durch die Zahnradübersetzungen bzw. durch den Abstand der Vorgelegewelle
von der Hauptwelle begrenzt zu sein. Andererseits können die Zahnräder in üblicher
Größe ausgeführt werden. Zugleich ergibt sich eine baulich übersichtliche und einfache
Anordnung. Die Anordnung ist ferner insbesondere dann von Vorteil, wenn jeder Übersetzung
oder doch einem Teil der Übersetzungen je eine nach beiden Drehrichtungen mitnehmende
Kupplung sowie je eine einschaltbare in nur einer
Drehrichtung mitnehmende
Kupplung (Überholkupplung) zugeordnet ist, wobei letztere vor allem den Zweck hat,
während der Umschaltung von einem auf den anderen Gang die Kraftübertragung selbsttätig
so lange aufrechtzuhalten bzw. aufzunehmen, bis die in beiden Drehrichtungen wirkende
Kupplung für den neu einzuschaltenden Gang die Kraftübertragung aufnimmt. Ein solches
Getriebe ist grundsätzlich in einem älteren Vorschlag beschrieben. Die Anzahl der
durch elektromagnetische Kupplungen schaltbaren Gänge nach dem Hauptpatent kann
jedoch aus konstruktiven und wirtschaftlichen Gründen nicht zu hochgewählt werden.
Insbesondere würde eine zu große Zahl von entsprechend angeordneten elektromagnetisch
schaltbaren Gängen auch eine entsprechende Zahl von zueinander konzentrischen Wellen
bedingen, wodurch der Durchmesser der Wellen und damit auch derjenige der Kupplungen
sowie gegebenenfalls auch der Zahnräder eine unerwünschte Vergrößerung erfahren
würde. Das Getriebe würde sehr groß und schwer ausfallen. Außerdem ist es in der
Regel auch nicht erforderlich, die nur ausnahmsweise gebrauchten Gänge, wie z. B.
den Rückwärtsgang, zur Schalterleichterung elektromagnetisch zu schalten.
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Durch die Erfindung werden diese Überlegungen berücksichtigt und gleichzeitig
weitere Vorteile erzielt.
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Die Erfindung besteht einerseits im wesentlichen darin, daß mit der
durch die elektromagnetischen Kupplungen geschalteten Zahnrädergruppe oder einem
Teil derselben ein vorzugsweise mechanisch schaltbares Zwei- öder Mehrgangzusatzgetriebe,
insbesondere zur Umschaltung von Vorwärtsgang auf Rückwärtsgang, in Reihe geschaltet
ist. Diese Anordnung bietet gleichzeitig den Vorteil, daß ohne wesentliche Vergrößerung
des Getriebes die Zahl derjenigen Gänge, mit denen das Zusatzgetriebe in Reihe geschaltet
ist, entsprechend der Gangzahl des Zusatzgetriebes verdoppelt oder vervielfacht
wird, also z. B. auch eine entsprechende Zahl von Rückwärtsgängen erhalten wird.
Sofern das Zusatzgetriebe nur einem Teil der elektromagnetisch schaltbaren Gänge
vor- oder nachgeschaltet werden soll, ist die Anordnung zweckmäßig derart vorgesehen,
daß das insbesondere eine Rückwärtsgangübersetzung enthaltende Zusatzgetriebe mit
den elektromagnetisch schaltbaren Zahnradübersetzungen in Reihe, zum direkten Gang
dagegen parallel geschaltet ist.
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Die Erfindung besteht andererseits im wesentlichen darin, daß das
Zahnrädergetriebe in eine vor der Kupplungsgruppe und in eine hinter der Kupplungsgruppe
angeordnete Zahnrädergruppe unterteilt ist. Beispielsweise kann eine elektromagnetisch
schaltbare Zahnrädergruppe auf der einen, z. B. vorderen Seite der Kupplungsgruppe
und ein mechanisch schaltbares, z. B. von Vorwärts- auf Rückwärtsgang umschaltendes
Zusatzgetriebe auf der anderen, z. B. hinteren Seite der Kupplungsgruppe angeordnet
sein. Diese Ausführung bietet den Vorteil einer verhältnismäßig einfachen und übersichtlichen
Anordnung der zur Übertragung der Kräfte von der einen zur anderen Gruppe dienenden
Teile sowie gegebenenfalls eines vereinfachten Zusammenbaus der Getriebeteile.
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Bei Anordnung der elektromagnetisch schaltbaren Zähnrädergruppe und
des von Vorwärts- auf Rückwärtsgang schaltenden Zusatzgetriebes auf der gleichen
Seite der Kupplungsgruppe kann eine besonders einfache Anordnung dadurch getroffen
werden, daß die Rückwärtsgangübersetzung des Zusatzgetriebes zwischen der Vorgelegewelle
und der Hauptwelle des Getriebes in Parallelschaltung zur konstanten Vorwärtsübersetzung
für die übrigen Zahnradübersetzungen angeordnet ist, wobei eine z. B. auf der Hauptwelle
angeordnete Wechselkupplung zur wechselweisen Schaltung der Vorwärts- und Rückwärtsgangübersetzung
vorgesehen ist.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt,
und zwar zeigt Abb. I eine Anordnung mit vor der Kupplungsgruppe angeordneter elektromagnetisch
schaltbarer Zahnrädergruppe und hinter der Kupplungsgruppe angeordnetem Zusatzgetriebe
und Abb.2 eine Anordnung mit hinter der Kupplungsgruppe angeordneter elektromagnetisch
schaltbarer Zahnrädergruppe und hinter derselben angeordnetem Zusatzgetriebe.
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In Abb. I ist w die Antriebswelle und g die getriebene Welle (Abtriebswelle).
A bedeutet die elektromagnetisch schaltbare Zahnrädergruppe, B die Kupplungsgruppe
und C die Zusatzgetriebegruppe. Die Antriebswelle w steht mit der hohlen Vorgelegewelle
w' der Zahnrädergruppe A mittels des die konstante Übersetzung bildenden Zahnradpaares
aö-aö in dauernder Antriebsverbindung. Die auf der Vorgelegewelle w undrehbar angeordneten
Zahnräder ui ; a2', a3 für den ersten, zweiten und dritten Gang stehen ihrerseits
mit auf der Antriebswelle w lose drehbar angeordneten Zahnrädern a1, a2 und a3 in
ständigem Eingriff. Letztere sind mit den konzentrisch zueinander und zur Antriebswelle
w angeordneten Hohlwellen w1, w2, w3 fest verbunden.
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Mit -den Zahnrädern der Gruppe A stehen die elektromagnetischen Kupplungen
der Kupplungsgruppe B bzw. mit deren Teilen wie folgt in Verbindung: Erster Gang.
Die mit dem Zahnrad a1 fest verbundene Welle w1 ist durch einen in einer Drehrichtung
(Antriebsrichtung) mitnehmenden Freilauf f1 mit dem nabenförmigen Kupplungsteil
b' gekuppelt, welcher seinerseits an die die Erregerspulen der elektromagnetischen
Kupplungen tragenden zylindrischen Trommel b fest angeflanscht ist. An das hintere
Ende der Trommel b ist des weiteren die Nabe b' zur Weiterleitung des Antriebes
auf die Getriebegruppe C mittels eines Flansches angesetzt.
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Zweiter Gang. Auf der mit dem Zahnrad a2 fest verbundenen Hohlwelle
w2 ist einerseits der Kupplungsteil b2 undrehbar aufgekeilt und andererseits der
Kupplungsteil b2 mittels des Freilaufes f2 in
Antriebsrichtung gekuppelt
angeordnet. Durch die Erregerspule s2 kann der Kupplungsteil b2, durch die Erregerspule
s2 der Kupplungsteil b2 mit der Trommel b gekuppelt werden.
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Dritter Gang. Die Antriebsübertragung erfolgt hier in gleicher Weise
wie im zweiten Gang von der mit dem Zahnrad a3 fest verbundenen Hohlwelle w3 entweder
über den Kupplungsteil b3, welcher seinerseits durch die Erregerspule s3 mit der
Trommel b kuppelbar ist, oder über den Freilauf f3 und den Kupplungsteil b3 , der
durch die Erregerspule s4 mit der Trommel b gekuppelt werden kann.
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Vierter Gang. Auf der Antriebswelle w ist nahe ihrem hinteren Endlager
der Kupplungsteil b4 Uldrehbar befestigt. Durch die Spule s4 kann dieser Kupplungsteil
und damit die Welle w direkt mit der Trommel b und mit der zum Antrieb dienenden
Trommelnabe b" gekuppelt werden.
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Die Getriebegruppe C ist als Zweiganggetriebe ausgebildet und dient
zur wechselweisen Schaltung von Vorwärts- und Rückwärtsgang.
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Zu diesem Zweck ist auf der getriebenen Welle g eine Kupplungsmuffe
c angeordnet, welche mit der Welle g mittels Keilnuten längs verschiebbar gekuppelt
ist. Die Kupplungsmuffe ist einerseits mit einem Zahnkranz c versehen und andererseits
mit einem weiteren auf der Trommelnabe b" mittels Keilnuten m längs verschiebbar
angeordneten Zahnrad d z. B. durch Kugeln c derart gekuppelt, daß sie zusammen mit
dem Zahnrad d in Längsrichtung verschoben werden, sich jedoch diesem Zahnrad gegenüber
frei drehen kann. Durch eine vom Handhebel h verstellte Schaltgabel
h kann die Kupplungsmuffe c und mit ihr das Zahnrad d aus der gezeichneten
neutralen Stellung nach links oder rechts verschoben werden.
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Zur Schaltung des Getriebes auf Vorwärtsgang wird die Kupplungsmuffe
c nach links verschoben. Hierdurch kommen die auf der Innenseite der Kupplungsmuffe
angeordneten Klauen k mit den Keilnuten m in Eingriff, so daß eine unmittelbare
Kupplung zwischen der Trommel b bzw. der Trommelnabe b" und der getriebenen Welle
g stattfindet.
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Zur Schaltung des Getriebes auf Rückwärtsgang wird die Kupplungsmuffe
c zusammen mit dem Zahnrad d nach rechts verschoben. Das Zahnrad
d
kommt hierbei mit dem Zahnrad d', das Zahnrad e über ein die Drehrichtung
umkehrendes Rückwärtsrad r mit dem Zahnrad e' der Vorgelegewelle c' in Eingriff.
Der Antrieb erfolgt alsdann von der Trommelnabe b" über die Zahnräder
d, d', die Vorgelegewelle c' und die Zahnräder c', r, e zur getriebenen
Welle g.
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Die Schaltung der elektromagnetischen Kupplungen erfolgt zweckmäßig
in Abhängigkeit von der Verstellung eines geeigneten Schaltgliedes in folgender
Weise: Im ersten Gang sind sämtliche Erregerwicklungen s2 bis s4 stromlos. Die Antriebsübertragung
erfolgt in diesem Fall durch die Freilauf- oder Überholkupplung f1.
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Zur Einschaltung des zweiten Ganges wird die Erregerspule s2 mit Strom
beliefert. Gleichzeitig kann auch die Erregerspule s2 Strom erhalten. Die Drehmomentübertragung
erfolgt indessen zwangläufig über den Kupplungsteil b2, während die Freilaufkupplung
fl des ersten Ganges überholt und damit für die Drehmomentübertragung wirkungslos
gemacht wird.
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Zur Einschaltung des dritten Ganges wird die Erregerspule s2 stromlos
gemacht, während die Spulen s3 sowie gegebenenfalls auch s3 mit Strom beliefert
werden. Die Spule s2 wird hierbei zunächst weiterhin unter Strom gehalten, bis der
Kupplungsteil b3 mitgenommen wird und den Kupplungsteil b2 überholt. Alsdann wird
zur Verringerung des Stromverbrauches die Spule s2 zweckmäßig stromlos gemacht.
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Entsprechend erfolgt die Einschaltung des vierten Ganges durch Umschalten
des Stroms von der Spule s3 auf die Spule s4, wobei die Spule s3 mindestens zunächst
noch unter Strom verbleibt. Eine Überholkupplung für den vierten (höchsten) Gang
ist nicht erforderlich.
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Wie ersichtlich, kann durch Umschalten der Kupplungsmuffe c mittels
des Handhebels h jeder der vier Gänge sowohl als Vorwärtsgang als auch als Rückwärtsgang
benutzt werden. Gewünschtenfalls kann jedoch auch eine Abhängigkeit in der Weise
vorgesehen werden, daß der Rückwärtsgang nur bei Einschaltung bestimmter Gänge der
Getriebegruppe A eingerückt werden kann. Beispielsweise kann bei Einschaltung des
zweiten bis vierten oder des dritten und vierten Ganges eine Vorrichtung betätigt
werden, welche den Handhebel lt bzw. die Kupplungsmuffe c auf Leerlauf-bzw. Vorwärtsstellung
verstellt oder gegen ein Einrücken des Rückwärtsganges verriegelt.
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Das Ausführungsbeispiel nach Abb.2 unterscheidet sich von demjenigen
nach Abb.I grundsätzlich dadurch, daß die elektromagnetisch schaltbare Zahnrädergruppe
A hinter der Kupplungsgruppe B und die Zusatzgetriebegruppe C hinter der Zahnrädergruppe
A angeordnet ist.
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Des weiteren ist die Trommel b unmittelbar mit der Antriebswelle oder
Kurbelwelle wo des Motors fest verbunden. Die getriebene Welle g ist durch das gesamte
Getriebe hindurchgeführt und in der Kurbelwelle gelagert. Auf der Welle g sind die
Hohlwellen w1, w2 und w3 gelagert. Der Kupplungsteil b4 für den direkten Gang ist
unmittelbar auf der getriebenen Welle g angeordnet und durch die Erregerspule s4
mit der Trommel b kuppelbar, während die übrigen Kupplungsteile bi b2, b'23
und b3 in einer der Abb. r entsprechenden Weise mit den Hohlwellen w1, w2 und w3
in Verbindung stehen und durch die Erregerspulen s s2, s'23 und s3 mit der Trommel
b gekuppelt werden können. Für den zweiten und dritten Gang ist ein gemeinsamer
Kupplungsteil b'23 vorgesehen, welcher durch den Freilauf f2 mit der Welle w2 und
den Freilauf f3 mit der Welle w3 in einer Drehrichtung gekuppelt ist. Es könnten
jedoch auch zwei getrennte Kupplungsteile wie in Abb. r angeordnet werden.
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Ein weiterer wesentlicher Unterschied gegenüber dem Ausführungsbeispiel
nach Abb. z besteht
darin, daß die Getriebegruppen A und B eine
gemeinsame Vorgelegewelle w' besitzen. Die Rückwärtsgangübersetzung e'-r-e ist hierbei
der konstanten Übersetzung ao'-ao bzw. zum direkten Gang parallel geschaltet, während
sie mit den Zahnradpaaren aI-aI', a2-a2 und a3-a3' für den ersten, zweiten und dritten
Gang in Reihe geschaltet ist. Es können also nur die drei letztgenannten Gänge sowohl
im Vorwärts- als auch im Rückwärtsgang betrieben werden.
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Zur wechselweisen Schaltung zwischen den Vorwärts- und den Rückwärtsgängen
dient eine z. B. von Hand verstellbare Schaltmuffe e, welche auf ihrer Innenseite
mit Kupplungszähnen m' und n' versehen ist, die in entsprechende Verzahnungen eines
mit dem Zahnrad ao der konstanten Übersetzung fest verbundenen Kupplungsstückes
m" bzw. in entsprechende Verzahnungen eines mit der getriebenen Welle g fest verbundenen
Kupplungsstückes n" zur Einschaltung auf Vorwärtsgang eingreifen bzw. mit ihnen
in Eingriff gebracht werden können. Zur Umschaltung auf Rückwärtsgang wird die Kupplungsmuffe
c nach links verschoben, wodurch die Innenverzahnung m' mit der Außenverzahnung
i des Zahnrades e der Rückwärtsgang-Übersetzung in Eingriff gebracht wird, während
die Verzahnung a'-n" im Eingriff bleibt.
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Die dargestellten Getriebe sind nur Ausführungsbeispiele. So können
z. B. durch beliebige Vertauschung der Getriebegruppen A, B und C weitere
Ausführungsbeispiele erzielt werden.