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Mehrgängiges Zahnräderschaltgetriebe, vorzugsweise für Fahrzeuge mit
zwei vorgeschalteten Reibungs-Überholungskupplungen Die Erfindung betrifft ein mehrgängiges
Zahnräderschaltgetriebe, vorzugsweise für Fahrzeuge, mit zwei vorgeschalteten Reibungs-Überholungskupplungen,
durch deren abwechselndes Einschalten sämtliche Gänge ohne Zugkraftunterbrechung
schaltbar sind, und mit einer Synchronisiereinrichtung. Während hierfür bisher einzelne
Synchronisierklauen od. dgl. verwendet wurden, besteht die Erfindung darin, daß
zwischen den Reibungs-Überholungskupplungen und den schaltbaren Zahnrädern des Zahnräderschaltgetriebes
die aus zwei Synchronisierungskupplungen bzw. aus einer Wechselsynchronisierungskupplung
bestehende Synchronisiereinrichtung angeordnet ist, die einem der beiden von den
Reibungs-Überholungskupplungen kommenden Antriebszüge zugeordnet ist und im eingeschalteten
Zustand zu dem anderen Antriebszug eine Verbindung gibt. Dadurch, daß man mit der
Erfindung mit nur zwei Synchronisiereinrichtungen auskommt, ganz gleich, wieviele
Stufen geschaltet werden, wird eine erhebliche Vereinfachung und Verbilligung erzielt.
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Eine der beiden Synchronisierungskupplungen bzw. der eine Teil der
Wechselsynchronisierungskupplung ist gemäß Weiterbildung des Erfindungsgedankens
bei einem Getriebe, dessen Gänge nach einer- geometrischen Reihe gestuft sind, an
das Zahnräderpaar mit der Untersetzung I : q2 gekoppelt, wobei q den Wert für den
Stufensprung angibt. Dadurch wird ermöglicht, die andere Synchronisierungskupplung
bzw. den anderen Teil der Wechselsynchronisierungskupplung über ein Räderpaar
I
: I mit dem ihr nicht zugeordneten Antriebszug zu verbinden, so daß nur ein einziges
Räderpaar zur Herstellung der beiden Verbindungsbrücken erforderlich wird. Nachdem
jede Synchronisierungseinrichtung genau wie jede Reibungs-Überholungs-- kupplung
.immer nur bei jeder übernächsten Gangschaltung tätig wird, wird dies durch Kopplung
an das Räderpaar mit der genannten Untersetzung I : q2 ermöglicht.
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Eine weitere Vervollkommnung des Schaltgetriebes ohne zusätzlichen
technischen Aufwand wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß eine der beiden
Synchronisierungseinrichtungen auch im ausgeschalteten Zustand beider Reibungs-Überholungskupplungen
einschaltbar ist und unter Einschalten entsprechender Schaltkupplungen, vorzugsweise
von solchen, die im ersten Gang miteingeschaltet sind, zum Sperren des Schaltgetriebes
dient. Dies ermöglicht es, auf eine Hauptkupplung zwischen Antriebsmaschine und
Getriebe zu: verzichten, so daß diese gespart werden kann, und die beiden Reibungs-Überholungskupplungen
als Hauptkupplung zu verwenden und diese trotzdem als geschmierte, also nicht trockene
Kupplungen auszubilden, wodurch sie erheblich kleiner dimensioniert werden können
und dadurch nur eine geringe, schnell durch die Synchronisierungseinrichtungen zu
beschleunigende Masse bilden; auch die Synchronisierungseinrichtungen können dadurch
kleiner gehalten werden, weil die Reibungs-Überholungskupplung die Hauptprimärmasse
darstellt. Durch die erwähnte Sperrung des Schaltgetriebes wird in jedem Fall, vorzugsweise
auch im Winter, sichergestellt, daß bei eingeschalteter Antriebsmaschine auch nicht
die geringste Mitnahme des Kupplungsinnenteiles innerhalb der ausgeschalteten Reibungs-Überholungskupplung
durch das Schmiermittel erfolgt. Mit dieser Maßnahme wird jedoch nicht nur eine
besondere Hauptkupplung gespart und die Ausbildung der Reibungs-Überholungskupplungen
als geschmierte Kupplungen erreicht, sondern zugleich ein Zahnrad in Ruhe gehalten,
das im ersten Gang eingeschaltet werden muß, was nach Lösen der Sperrung durch Ausschalten
der betreffenden Synchronisierungseinrichtung leicht und sicher möglich ist.
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Nachdem mit Hilfe der erfindungsgemäßen Mittel das Getriebe ohne großen
technischen Aufwand so vervollkommnet ist, daß es in seiner Funktion mit der eines
stufenlosen Getriebes vergleichbar wird, jedoch mit dem viel höheren Wirkungsgrad
einer reinen Zahnräderübertragung, soll nun auch die Schaltung entsprechend vereinfacht
und absolut narrensicher so gestaltet werden, daß ihre Bedienung keinerlei Nachdenken
mehr erfordert. Zu dem Zweck ist die Schaltung der Synchronisierungseinrichtungen
mit derjenigen der Reibungs-Überholungskupplungen und der Schaltkupplungen gekoppelt,
vorzugsweise unter Benutzung desselben Schaltprogramms für Auf- und Abwärtsschalten,
wofür fünf Schaltphasen vorgesehen sind, von denen vier beim jeweiligen Schalten
wirksam werden, während eine weitere Phase der beim Auf- und Abwärtsschalten veränderten
zeitlichen Folge Rechnung trägt.
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Um dabei die zum Beschleunigen der von den Synchronisierungseinrichtungen
zu bewegenden Massen notwendige Zeit zu gewinnen, sind bei einer Schaltvorrichtung
durch Schaltnocken oder Schaltkurven, die vorzugsweise drehbar sind, die Schaltnocken
für die Synchronisierungseinrichtungen innerhalb der einzelnen wirksamen Schaltphasen
für das Aufwärtsschalten zeitlich gegenüber dem Takt beim Abwärtsschalten vorverlegt.
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Erfolgt die Betätigung der Schaltvorrichtung durch Hilfskraftmittel,
z. B. einen Elektromotor, eine Pneumatik od. dgl., wie das vor allem bei Fernschaltung
zweckmäßig ist, wird die zeitliche Dauer der Einschaltphase der Reibungs-Überholungskupplungen
beim Aufwärtsschalten gegenüber derjenigen der übrigen Schaltphasen verlängert durch
Unterbrechung der Schaltvorrichtungsbetätigung, vorzugsweise mit Hilfe eines einstellbaren
elektrischen Zeitwerks, das beim Abwärtsschalten - außer Funktion gesetzt wird.
Damit wird die zum Beschleunigen des Fahrzeugs, für welche das Getriebe bestimmt
ist, erforderliche Zeit gewonnen, die erheblich größer sein kann als die für die
in den übrigen Schaltphasen bewirkten Kupplungsvorgänge benötigte Zeit. Da diese
Zeit außerdem sehr unterschiedlich sein kann, je nach der Größe des zu beschleunigenden
Fahrzeuges, erweist sich die für sich in weiten Grenzen einstellbare Einstellmöglichkeit
eines solchen elektrischen Zeitwerkes als besonders geeignet.
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Nachdem bei dem erfindungsgemäßen Getriebe eine größere Anzahl von
Schaltkupplungen in gleichen Schaltphasenabständen, wenn auch mit zeitlicher Phasenverschiebung,
geschaltet wird, ergibt sich eine weitere Möglichkeit zu einerbaulichen Vereinfachung
und Verbilligung dadurch, daß gemäß der Erfindung zwei oder mehrere solcher Schaltkupplungen
von einem gemeinsamen Schaltnocken betätigt werden, wobei ihrer zeitlichen Phasenverschiebung
durch räumlich versetzte Anordnung der am Schaltnocken anliegenden Organe Rechnung
getragen wird.
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Die Vielzahl der gemeinsam einzuschaltenden Schaltkupplungen mit Sicherheit
und ohne gegenseitige Störung einzuschalten wird gemäß der Er- ; findung dadurch
gewährleistet, daß im Betätigungszuge der einzelnen Schaltkupplungen Federn oder
ähnliche kraftschlüssige Elemente eingeschaltet sind, die in Einschaltrichtung wirksam,
entgegengesetzt jedoch unwirksam sind, um beim Ausschalten sofort zu arbeiten.
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Eine weitere Vervollkommnung erfährt das Getriebe und seine Schaltung
schließlich dadurch, daß auch die Kupplung für das Umkehrrad der Rückwärtsgänge
kraftschlüssig an die gemeinsame Schaltvorrichtung angeschlossen ist, wobei die
die Verbindung zwischen der Vorgelegewelle und der Abtriebswelle herstellenden Schaltkupplungen
für den ersten und zweiten Vorwärtsgang durch einen mit je einer Sperre ausgerüsteten
Gangrichtungsschalter außer Funktionsbereitschaft und die Kupp-
Jung
für das Umkehrrad in Funktionsbereitschaft gesetzt werden können.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt.
Es zeigt Fig. I das Getriebe in schematischer Darstellung, Fig. 2 den Kraftfluß
in den einzelnen Gängen, Fig.3 den Kraftfluß in den einzelnen Schaltphasen, Fig.4
das Schaltschema für die gemeinsame Schaltvorrichtung über sämtliche Phasen, Fig.
5 die Schaltvorrichtung in perspektivischer Ansicht, Fig. 6, 7 und $ die Schaltgabel
in verschiedenen Ansichten.
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In Fig. I wird der Antrieb der Antriebsmaschine über die Welle I0
auf die Stirnplatte II der Kupplungsglocke 12 übertragen, welche beide Reibungs-Überholungskupplungen
A und Bin 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 Innenkupplungsteilen 17 bzw. 18 aufgeschraubt sind. Der Kupplungsteil
17 der Kupplung A treibt auf die Welle I9, der Kupplungsteil 18 der Kupplung B auf
die Hohlwelle 2o. Das Einschalten der jeweiligen Kupplung erfolgt über die Anpreßstücke
21 bzw. 22. Das Steilgewinde ist jeweils s0 ausgebildet, daß die jeweils überholende
Welle I9 der 2o die Innenlamellen von den Anpreßstücken abziehen, so daß die Kupplung
selbsttätig gelöst wird.
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Auf der Hohlwelle 2o sitzt ein Zahnrad 23, das mit einem Zahnrad 24
im Verhältnis I: q kämmt, das auf einer Welle 25 sitzt, welche ein Zahnrad 26 trägt,
sowie eine Kupplung 2 zum Kuppeln mit der Hohlwelle 27, die ihrerseits ein Zahnrad
28 trägt, sowie eine Kupplung I an einem lose drehbaren Zahnrad 29. Mit diesem Zahnrad
29 kämmt ständig ein Zahnrad 30 im Verhältnis q2: I, das auf der Innenwelle I9 sitzt.
Die kurzen waagerechten Striche zwischen der Zahnradnabe und der Welle versinnbildlichen
allgemein den Verbindungskeil. Das Zahnrad 3o 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 I : I 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: I und mit der Welle 31 durch die Kupplung 3 verbunden
werden kann.
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Der Kraftfluß der Vorwärtsgänge ist demnach an Hand der Fig. I und
2 zu verfolgen: I. Gang: A, 19, 30, 29, 1, 27,2, 25, 26, 33, 3, 31 2. Gang: B, 20,
23, 24, 2,5,26, 33, 3, 31 ; 3. Gang: A, 19, 30, 29, I, 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. Gemäß der Erfindung sind nun auf der
Welle 25 zwei Synchronisierungseinrichtungen S1 und S2 angeordnet. Mit der Welle
25 sind deren Innenlamellen 40 unmittelbar in Drehrichtung verbunden. Die Außenlamellen
41 der Kupplung S2 sind über den Steg 42 mit dem Zahnrad 29 verbunden, die Außenlamellen
43 der Kupplung S1 über den Steg 44 mit einem zusätzlichen Zahnrad 45, das ständig
mit einem Zahnrad 46 im Verhältnis I : I kämmt, das auf der Welle I9 fest sitzt.
Jede Synchronisierungseinrichtung ist für sich ein- oder ausschaltbar.
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Zum Verständnis der Wirkungsweise dieser Synchronisierungseinrichtungen
sollen im folgenden unter Zuhilfenahme der Fig. 3 und 4 die einzelnen Schaltphasen
verfolgt werden. Dabei sei von dem Zustand des eingeschalteten ersten Ganges ausgegangen,
in welchem die Kupplungen 1, 2 und 3 eingeschaltet sind und der Kraftfluß von der
Reibungs-Überholungskupplung A ausgeht.
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Da in diesem Zustand bereits die Schaltkupplung 3 eingeschaltet und
somit der Kraftfluß für den zweiten Gang vorbereitet ist, besteht die erste Schaltphase
für den zweiten Gang in der Einschaltung der Reibungskupplung B. Da hierbei die
Kupplungen 2 und I noch eingeschaltet sind, wird die Überholungskupplung A über
die Teile 2,:27, I, 29, 30, I9 überholt und damit selbsttätig wirkungslos; sie kann
daher in der zweiten Phase ausgeschaltet werden. Außerdem wird in dieser zweiten
Phase die Synchronisierungseinrichtung S2 eingeschaltet, ohne daß es dessen für
die weitere Aufwärtsschaltung bedarf; vielmehr erfolgt dies nur, um dasselbe Programm
rückwärts ablaufen lassen zu können zum Abwärtsschalten. Die Kupplung 2; die nun
keine Leistung mehr überträgt, wird in der zweiten Phase ausgeschaltet. In der dritten
Phase wird S2 wieder ausgeschaltet, so daß nunmehr alle nicht zur Leistungsübertragung
benötigten Elemente ausgeschaltet sind, soweit das möglich ist. In der vierten Phase
beginnt die Vorbereitung für die Schaltung auf den nächsthöheren Gang: S1 wird eingeschaltet.'
Dadurch werden von der Welle 25 angetrieben die Teile 45, 46, 3o, 29, 1, 27, 28,
32 und damit die Kupplung 4 synchronisiert. In der fünften Phase kann daher nunmehr
diese Kupplung 4 leicht eingeschaltet werden; einen Kraftfluß überträgt sie dabei
zunächst noch nicht. Das erfolgt vielmehr erst in der nunmehr ersten Phase der Einschaltung
des dritten Ganges durch Einschalten der Reibungs-Überholungskupplung A. Dabei wird
nunmehr B überholt. In der zweiten Phase wird B ausgeschaltet, S1 eingeschaltet
(nur für eventuelles Abwärtsschalten-Können). Kupplung 3 kann ausgeschaltet werden,
da sie ohne Kraftfluß ist. In der dritten Phase sind wieder alle Leerläufe aufgehoben,
die reine Gangschaltung ist erreicht. In der vierten Phase beginnt die Vorbereitung
für die Schaltung in den nächsthöheren Gang: S2 wird eingeschaltet, dadurch Kupplung
2 synchronisiert. Diese Kupplung kann dann in der fünften Phase eingeschaltet werden,
womit der vierte Gang vorgewählt ist.
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So wiederholt sich die Schaltfolge in jedem höheren Gang. Sie kehrt
sich zum Abwärtsschalten entsprechend um, wobei in dieser Blickrichtung die jeweils
zweite Phase an sich wirkungslos ist und die
vierte Phase die notwendige
Synchronisierung vornimmt, welche beim Aufwärtsschalten an sich überflüssig war.
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In Fig. 2 ist vor dem ersten Gang die Sperrung des Schaltgetriebes
durch Einschalten von Si, I und 2 angedeutet, wobei die Synchronisierungseinrichtung
-als Systembremse wirkt, so daß auch bei kaltem zähflüssigem Öl in den Reibungs-Überholungskupplungen
A und B nicht die geringste Mitnahme der Wellen I9 und 2o möglich ist, wenn die
Antriebsmaschine läuft und beide Kupplungen A, B ausgeschaltet sind.
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Zur Umkehr der Drehrichtung ist auf der Vorgelegewelle 25 ein Zahnrad
5o befestigt, mit dem ständig ein Rad 51 kämmt, das auf der Welle 52 sitzt, welche
über die Kupplung 6 mit dem Rad 53 verbunden werden kann, mit dem das auf der Abtriebswelle
31 sitzende Rad 54 kämmt. Wie aus dem aus Fig. 2 ersichtlichen Antriebszug für den
ersten und zweiten Rückwärtsgang zu erkennen ist, entspricht dieser bis auf die
Kupplung 3 genau den beiden ersten Vorwärtsgängen. Es braucht dazu also nur die
Kupplung 3 aus- und die Kupplung 6 eingeschaltet zu werden. Fig. 4 verdeutlicht
diesen selben Vorgang noch einmal.
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Fig. 5 zeigt in perspektivischer Ansicht die von der Erfindung bevorzugte
Schaltvorrichtung in Form einer Schaltwelle 6o mit den beiden Schaltnocken 61, 62
für die durch Druckmittel betätigten Reibungs-Überholungskupplungen A, B, mit dem
Nocken 63 für die gemeinsame wechselweise Betätigung der beiden Synchronisierungseinrichtungen
S1 und S2, mit dem Schaltnocken 64 für die Kupplung4 und mit dem Schaltnocken 65
für die Kupplungen I, 2, 5, 3 und 6. Diese gemeinsame von einem einzigen Nocken
erfolgende Betätigung ist nämlich möglich, weil, wie Fig. 4 erkennen läßt, ihre
Schaltphasenabstände alle gleich sind; ihrer zeitlichen Phasenverschiebung wird
durch räumlich versetzte Anordnung der am Schaltnocken 65 (s. auch dessen Abwicklung
in Fig. 4. rechts außen) anliegenden Organe Rechnung getragen. Nur die Kupplungen
3 und 6 liegen in dieser Beziehung an demselben Organ (Stange 66), da entweder nur
die Kupplung 3 (bei Vorwärtsfahrt) oder nur die Kupplung 6 (bei Rückwärtsfahrt)
tätig werden kann. Dies wird durch kraftschlüssige Verbindung (Federn) zwischen
ihren Schaltgabeln und der Stange 66 und wahlweise Sperrung mit dem Doppelhebel
67 erreicht, der von einem Gangrichtungsschalter gesondert bedienbar ist.
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Fig. 6, 7 und 8 zeigen, wie die Schaltgabeln für die übrigen Schaltkupplungen
von dem vom Schaltnocken verschwenkbaren Hebel 7o, der um eine feste Achse 71 lose
schwenkbar ist, über einen Mitnehmer 72 und eine Druckfeder 73, sowie einen an der
Schaltgabel angebrachten Mitnehmer 74 in Einschaltrichtung kraftschlüssig verschwenkt
werden, während sie über den auf der entgegengesetzten Seite zwischen den beiden
Mitnehmern 72 und 74 einstellbaren Schraubbolzen 75 zwangsschlüssig ausgeschaltet
werden. Damit wird ein sicheres Einrücken der Klauen der Schaltkupplungen gewährleistet.
Zu dem gleichen Zweck wird auch die Synchronisierung ausgeschaltet, sobald Gleichlauf
der Klauen der einzurückenden Kupplungen erreicht ist, um das Einrücken bei der
dann einsetzenden geringsten Drehwinkelverschiebung stattfinden zu lassen.