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Automatisch schaltbares Wechselgetriebe.
Gegenstand der Erfindung ist ein Wechselgetriebe, welches automatisch ein der jeweiligen Belastung entsprechendes Übersetzungsverhältnis einschaltet und mit dem auch von Hand willkürlich geschaltet werden kann. Vorliegende Erfindung kann bei Zahnrad-, Reibrad-, Riemen-, Kettengetrieben sowie bei hydraulischen Getrieben Anwendung finden. In den Zeichnungen ist ein Beispiel des Erfindungsgegenstandes, in seiner Anwendung als 3-Gang-Zahnrad-Wechselgetriebe, dargestellt, u. zw. zeigt Fig. 1 eine Getriebeausführung für hohe Umdrehungszahlen und hohe Drehmomentübertragung, bei offenem Getriebsgehäuse in Draufsicht, teilweise geschnitten, entsprechend der Linie A-A von Fig. 2, Fig. 2 einen Schnitt durch Fig. 1, entsprechend der Linie B-B.
Fig. 3 ein Schaltsegment mit sichtbarem Schaltschema für Handschaltung, Fig. 4 eine Getriebeausführung für geringe Umdrehungszahlen, im Schnitt, entsprechend der Linie C-C von Fig. 5, Fig. 5 einen Schnitt durch Fig. 4, entsprechend der Linie D-D. Fig. 6 eine Getriebeausführung für geringe Drehmomentübertragung im Schnitt, entsprechend der Linie G-G von Fig. 7, Fig. 7 einen Längsschnitt durch Fig. 6, entsprechend der Linie E-E. Fig. 8 einen Schnitt durch Fig. 7, entsprechend der Linie F-F.
Auf einer Welle 1 ist ein Doppelhebel bzw. ein Gehäuse 2 als Träger von einem oder mehreren Mitnehmern, die im gezeichneten Beispiel als Rollen 3 ausgebildet sind, axial in Nuten 35 od. dgl. verschiebbar angeordnet. Der Mitnehmerträger 2 steht unter dem axialen Druck einer Feder 4, die mittels Schraubenmuttern 33 oder in sonst einer geeigneten Weise einreguliert werden kann. Die durch das Getriebe mit der Welle 1 zu verbindende Welle 5 ist an ihrem der Welle 1 zugekehrten Ende mit einer hülsenartig ausgebogenen Scheibe 6 versehen, welche nach den Mitnehmern 3 hin gerichtete nockenartige Erhöhungen 7 trägt.
Konzentrisch zur Welle 5 liegen die Hohlwellen 8 und 9, an deren nach den Mitnehmern 3 zugekehrten Enden sieh die hülsenartig ausgebogenen Scheiben 10 und 11 befinden, welche gleichfalls mit nockenartigen Erhöhungen 12 und 14 versehen sind. Die Erhöhungen 12 überragen die Erhöhungen 7 und die Erhöhungen 14 überragen die Erhöhungen 12.
Auf der Hohlwelle 8 ist ein Zahnrad 15 befestigt. Auf der Hohlwelle 9 ist ein Zahnrad 16 befestigt.
Zahnrad 15 steht mit dem über einen Freilauf 17 mit der Zwischenwelle 18 verbundenen Zahnrad 19 in Eingriff. Zahnrad 16 steht mit dem über einen Freilauf 20 mit der Zwischenwelle 18 verbundenen Zahnrad 21 in Eingriff. Welle 5 ist durch eine ausrückbare Kupplung 22 mit dem Wellenstumpf 23 in Verbindung. Mit dem Wellenstumpf 23 ist ein Zahnrad 24 vereinigt, welches mit dem auf der Zwischenwelle 18 befestigten Zahnrad 25 in Eingriff steht. Bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltstellung für automatische Schaltung ist die Welle 5 mit dem Wellenstumpf 23 durch die Kupplung 22 verbunden.
Wenn z. B. der Wellenstumpf 23 mit der Antriebsmaschine verbunden ist und Welle 1 mit dem anzutreibenden Mechanismus verbunden ist, ergibt sich folgender automatischer Schaltvorgang :
Bei mässiger Belastung an der Welle 1 werden die Mitnehmer 3 und somit die Teile 2 und 1 durch
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welle 18 wird jedoch, da das Zahnrad 24 kleiner ist, als das auf der Zwischenwelle befestigte Zahnrad 25, mit geringerer Umdrehungszahl gedreht, als die Wellen 5 und 23.
Da die mit den Zahnrädern 15 und 16 in Eingriff stehenden Zahnräder 19 und 21, infolge des Zahnradübersetzungsverhältnisses mit höherer
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Umdrehungszahl umlaufen, als die Zwischenwelle 18, treten die Freiläufe 17 und 20 in Tätigkeit, so dass keine Kraftübertragung von der Zwischenwelle auf die ihr voreilenden Zahnräder 19 und 21 erfolgt.
Wird die Belastung erhöht, so werden die Mitnehmer 3, infolge der Steigung der Erhöhungen, 7 in Pfeilrichtung 27, bei Überwindung der Kraft der Feder 4, axial verschoben, die Erhöhungen 7 gleiten unter den Mitnehmern 3 hinweg und die Mitnehmer wirken nunmehr auf die nächst grösseren Erhöhungen 12. Dabei werden die Hohlwelle 8, das auf dieser befestigte Zahnrad 16, und das mit diesem in Eingriff stehende Zahnrad 21, infolge der Belastung an 1, 2 und 3, gehemmt, so dass eine Verbindung des Zahnrades 21 über den Freilauf 20 mit der Zwischenwelle 18, mit dem auf dieser befestigten Zahnrad 25, mit dem mit diesem in Eingriff stehenden Zahnrad 24 und mit dem mit diesem vereinigten Wellenstumpf 23 entsteht.
Infolge des Untersetzungsverhältnisses der Zahnräder 24 und 25 wird die Zwischenwelle 18 mit geringerer Umdrehungszahl gedreht, als der Wellenstumpf 12. Diese geringere Drehzahl wird bei entsprechend erhöhtem Drehmoment von den Teilen 21, 16, 8, 10, 12, 3, 2 auf die Welle 1 übertragen und es werden die Erhöhungen 14 und damit die Hohlwelle 9, das Zahnrad 15 mit gleicher Drehzahl wie die Hohlwelle 8 von 3 mitgenommen. Da das Zahnrad 15 grösser ist, als das Zahnrad 19 und da dieses kleiner ist, als das Zahnrad 21, eilt das Zahnrad19 gegenüber der Zwischenwelle 75 vor, so dass der Freilauf 17 eine Verbindung der Zwischenwelle 18 mit dem Zahnrad 19 weiter aufhebt.
Bei noch höherer Belastung gleiten die Mitnehmer an den Steigungen der Erhöhungen 12 entlang, wobei sie in axialer Richtung 27 weiter verschoben werden, so dass schliesslieh die Erhöhungen 12 unter ihnen hinweggleiten und nur die noch grösseren Erhöhungen 14 auf die Mitnehmer 3 einwirken.
Dabei erfolgt Hemmung der Hohlwelle 9, der Zahnräder 15 und 19 und somit Verbindung des Zahnrades 19 über den Freilauf 17 mit der Zwischenwelle 18 und über diese mit den Zahnrädern 25 und 24 und mit dem Wellenstumpf 23. Welle 5 und Hohlwelle 8 laufen nun mit höherer Drehzahl um, als Hohlwelle 9, es sind jedoch diese Teile nicht mehr mit den Mitnehmern 3 verbunden, da die Erhebungen 7 und 12 unter den Mitnehmern 3 sich frei bewegen.
Die Steigung bzw. die Kurvenform der Erhöhungen 7, 12 und 14 ist derartig gewählt bzw. sind die nockenartige Erhöhungen 7, 12 und 14 derartig ausgebuchtet, dass bei den einzelnen Übersetzungsstufen sich die axial durch die Feder 4 auf die Mitnehmer 3 wirkenden Kräfte gegenüber den radial durch die Belastung auf die Mitnehmer 3 wirkenden Kräfte so lange die Waage halten, bis die Belastung für die jeweils in Tätigkeit befindliche Getriebestufe derartig vergrössert oder verringert wird, dass durch axiale Verschiebung der Mitnehmer ein Übergang auf die nächst höhere oder auf die nächst niedere Getriebestufe erfolgt.
Der axiale Federdruck wird durch die Lager 31 und 32, die zur Aufnahme kombinierter Radialund Axialbelastung konstruiert sind, z. B. sogenannte Kegelrollenlager, aufgenommen.
Um an Stelle der automatischen Schaltung eine willkürlich Änderung des Übersetzungsverhältnisses herbeiführen zu können, was z. B. bei Verwendung des Getriebes für Kraftfahrzeuge, beim Bergabwärtsfahren, bei starker Steigung, erwünscht ist, sind die mit Freiläufen versehenen Zahnräder 19 und 21 auf der Zwischenwelle 18 in Nuten 34 od. dgl. axial verschiebbar angeordnet und es ist neben jedem dieser Zahnräder noch ein unabhängig in den Nuten 34 od. dgl. verschiebbares, gleich grosses Zahnrad 29 bzw. 30 angeordnet, oder es sind die Freiläufe einzeln sperrbar, also derartig ausschaltbar, dass die mit Freilauf versehenen Räder starr mit 18 verbunden werden können. Soll z.
B. von der in Fig. 1 dargestellten Automatikschaltung auf das grösste Untersetzungsverhältnis (erster Gang) geschaltet werden, so werden die Zahnräder 19 und 21 soweit nach den Mitnehmern 3 hin verschoben, dass sie nicht mehr mit den Zahnrädern 15 und 16 in Eingriff stehen und es wird das Zahnrad 29 in gleicher Richtung wie das Zahnrad 19 verschoben, soweit dass es mit dem Zahnrad 1-5 in Eingriff kommt bzw. es wird Freilauf 17 gesperrt und Zahnrad 21 so verschoben, dass es nicht mehr mit 16 in Eingriff steht.
Ferner wird die Kupplung 22 gelöst und somit die Verbindung zwischen Welle 5 und Wellenstumpf 33 sowie Zahnrad 24 aufgehoben. Die Kraftübertragung erfolgt nun vom Wellenstumpf 23 über Zahnrad 24 und 25, über Zwischenwelle 18, Zahnrad 29 bzw. über das mit gesperrtem Freilauf versehene Zahnrad 19, über Zahnrad 15, Hohlwelle 9, Ansatz 11, Erhöhungen 14, Mitnehmer 3, Mitnehmerträger 2 auf die Welle 1.
Soll von Hand auf das mittlere Untersetzungsverhältnis (zweiter Gang) geschaltet werden, so werden die Zahnräder 19 und 21 wie vorher verschoben, so dass sie nicht mehr mit 15 und 16 in Eingriff sind, das Zahnrad 29 wird wieder in seine bei automatischer Schaltung eingenommene Lage geschoben, so dass auch dieses nicht mehr mit 15 in Eingriff steht, und das Zahnrad 30 wird nach den Mitnehmern 3 hin derartig verschoben, dass es mit dem Zahnrad 16 in Eingriff kommt bzw. es wird Freilauf 20 gesperrt und Zahnrad 19 so verschoben, dass es nicht mehr mit 15 in Eingriff steht und die Kupplung 22 wird gelöst, so dass keine Verbindung zwischen Welle 5 und Wellenstumpf 23 sowie
Zahnrad 24 besteht. Die Kraftübertragung erfolgt nun von 23 über 24,25, 18, 30 bzw. 21, 16, 8, 10,
12, 3,2 auf Welle 1.
Soll von Hand die direkte Kraftübertragung (dritter Gang) eingeschaltet werden, so bleiben die Zahnräder 29 und 30 in der in Fig. 1 dargestellten Lage, die Zahnräder 19 und 21 werden nach den
Mitnehmern 3 hin verschoben, so dass sie nicht mehr mit 15 und 16 in Eingriff sind und die Kupplung 22 wird eingeschaltet, so dass 5 mit 23 und 24 verbunden ist.
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Soll auf Leerlauf geschaltet werden, so werden die Zahnräder auf der Zwischenwelle wie für die direkte Kraftübertragung verschoben und es wird die Kupplung 22 gelöst, so dass die Welle 5 von 23 und 24 getrennt ist.
Soll auf Rückwärtsgang geschaltet werden, so wird wie für Leerlauf geschaltet und eines der Zahnräder40, von denen das eine auf der weiteren Zwischenwelle 41 fest montiert und mit 25 in dauerndem Eingriff ist und von denen das andere in den Nuten 42 od. dgl. auf der Zwischenwelle 41 axial verschiebbar ist, wird so verschoben, dass es in das Zahnrad 15 eingreift.
Die Verschiebung der Zahnräder und das Betätigen der Kupplung 22 erfolgt in bekannter Weise mittels der genuteten Naben 43, in welche die, mit in axialer Richtung durch einen Schalthebel 44 verschiebbaren Stangen 45 verbundenen, Zwischenstücke 46 eingreifen. Erfolgt die Schaltung nach einem Schaltschema, wie es in Fig. 3 auf einem zum Erleichtern des Handschaltens versehbaren Schaltsegment 47 dargestellt werden kann, so kann die für jede Gangschaltung erforderliche Zahnradverschiebung oder Klauenkupplungsbetätigung jeweils durch eine einzige Schaltbewegung am Hebel 44 in der Weise erfolgen, dass wenn der Schalthebel 44 in die Segmentraste 50 eingreift, automatische Schaltung eingestellt ist, wobei gleichzeitig zwei der Stangen 45, u. zw.
eine zum Ausschalten der Kupplung 22 und eine zum Verschieben der entsprechenden Zahnräder vom Schalthebel 44 verschoben werden kann, dass wenn 44 in die Raste 51 eingreift, direkte Kraftübertragung eingestellt ist, dass wenn 44 in Raste 52 eingreift, mittlere Untersetzung eingestellt ist, dass wenn 44 in 53 eingreift, grösste Untersetzung eingestellt ist, dass wenn 44 in 54 eingreift, Rückwärtsgang eingeschaltet ist und dass wenn 44 in keine Raste eingreift, immer Leerlauf eingestellt ist, so dass zwangsläufig zwischen jeder Übersetzungsstufe über den Leerlauf auf eine andere Übersetzungsstufe geschaltet werden muss.
Es kann auch am Mitnehmerträger 2 ein Axialdrucklager angebracht werden, an das ein besonders übersetzter Hebel 46 in der Weise angreift, dass die Mitnehmer 3 willkürlich axial verschiebbar sind, wobei die Welle 5 starr mit 24 und 23 verbunden sein kann.
In diesem Falle ist für automatische Schaltung die Lage unverändert, wie in Fig. 1 dargestellt, für willkürliche Schaltung auf grösste Untersetzung (erster Gang) der Teil 2 derartig in Pfeilrichtung 27 verschoben, dass die Mitnehmer 3 nur an den Erhöhungen 14 angreifen und Freilauf 17 gesperrt, für willkürliehe Schaltung auf mittlere Untersetzung (zweiter Gang) der Teil 2 derartig verschoben, dass die Mitnehmer 3 nur an den Erhöhungen 12 und 14 angreifen und Freilauf 20 gesperrt sowie Zahnrad 19 derartig verschoben, dass es nicht mehr mit 15 in Eingriff steht, für willkürliche Schaltung auf direkte Kraftübertragung der Teil 2 in der in Fig.
1 dargestellten Lage, so dass die Mitnehmer 3 an den Erhöhungen 7, 12 und 14 angreifen und sind die Zahnräder 19 und 21 derartig verschoben, dass sie nicht mehr mit 15 oder 16 in Eingriff stehen, für Leerlauf der Teil 2 derartig in Pfeilrichtung 27 verschoben, dass die Mitnehmer 3 an keiner der Erhöhungen 7, 12, 14 angreifen, für Rückwärtsgang der Teil 2 der- artig verschoben, dass die Mitnehmer 3 nur an den Erhöhungen 14 angreifen, sind die Zahnräder 19 und 21 derartig verschoben, dass sie nicht mehr mit 15 oder 16 in Eingriff stehen und ist das eine Zahnrad 40 mit 15 in Eingriff gebracht.
Die Freiläufe und die verschiebbaren Räder können auch auf der Hauptwellenachse bzw. auf den Hohlwellen angebracht werden, wobei die Räder auf der Zwisehenwelle starr befestigt sein können.
Die Kurven bzw. nockenartige Erhöhungen 7, 12 und 14 können, wie in Fig. 4 und 5 dargestellt, auch auf Scheiben 60, 61 und 62, die auf Welle 5 bzw. Hohlwelle 8 und 9 befestigt sind, angebracht sein, wobei die auf die nockenartige Erhöhungen bzw. Kurven einwirkenden Mitnehmer 3 auf schwenkbar an dem, auf Welle 1 angebrachten Mitnehmerträger 2 angelenkten Schwinghebeln 63 montiert sind und die Mitnehmer unter dem Druck oder Zug von auf die Schwinghebel 63 wirkenden Federn 64 stehen. In Fig. 5 sind die Zahnräder 15, 16, 24, 19, 21 und 25 in umgekehrter Reihen- oder Grössen- folge eingesetzt dargestellt, wie in Fig. 1, so dass die Welle 1 mit der Antriebsmaschine und die Welle 5 mit dem anzutreibenden Mechanismus verbunden gedacht ist.
Die Vorrichtungen für willkürlich Änderung des Übersetzungsverhältnisses sind in der mehr schematischen Darstellung der Fig. 4 und 5 weggelassen und die Mitnehmer 3 sind in ihrer Stellung bei höchster Belastung in Fig. 4 ausgezogen und in ihrer Stellung bei direkter Kraftübertragung strichpunktiert dargestellt.
Die Kurven bzw. nockenartige Erhöhungen 7, 12, 14 können auch, wie in Fig. 6,7 und 8 dargestellt, direkt auf den Hohlwellen 8 und 9 bzw. auf der als Hohlwelle auslaufenden Welle 5 angebracht sein, so dass die Hohlwellen als Hülsen, deren Enden mit offenen Schlitzen versehen sind, erscheinen, wobei auf die nockenartige Ansätze bzw. Kurven ein Bolzen 70 als Mitnehmer wirken kann, der auf einer axial verschiebbaren Welle 71, unter dem Druck der Feder 4 stehend, befestigt ist.
Entsprechend der Anzahl der Übersetzungsstufen wird jeweils eine Anzahl von Kurvenscheiben oder-hülsen, von Hohlwellen usw. angeordnet, so dass nach dem erfindungsgemässen Prinzip Getriebe mit beliebig vielen Übersetzungsstufen hergestellt werden können.
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