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Weehselgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge.
Die Erfindung betrifft ein Zahnräder-Geschwindigkeitswechselgetriebe, insbesondere für durch Verbrennungsmotoren angetriebene Landfahrzeuge, wie Schlepper, Motorpflüge, Triebwagen, Motorlokomotiven, Kampfwagen, Last-und Personenkraftwagen usw.
Das Getriebe gemäss der Erfindung gehört zu jener bekannten Gruppe der Zahnräderwechselgetriebe, die mindestens zwei, meistens aber mehrere solcher Kupplungen (nachstehend kurz"Kupplungen"genannt) enthalten, die unter Belastung ein-und ausgerückt werden können, d. h. während des Ein-und Ausrückens trotz der bereits bestehenden Kraftübertragung zeitweilig verschiedene Umlaufzahlen ihrer beiden Kupplungshälften gestatten, wie z. B. die üblichen Reibungskupplungen, und deren jede für die Übertragung der vollen Motorleistung, d. h. des maximalen oder durch Untersetzung gegebenenfalls erhöhten Motordrehmomentes, bemessen ist. Diese Kupplungen bzw. je eine ihrer Kupplungshälften werden durch die treibende Welle, z. B.
Motorwelle, ständig angetrieben und ihre Betätigungsorgane sind derart angeordnet, dass jede Kupplung für sich aus-und eingerückt werden kann, wobei meistens gleichzeitig sich nur eine Kupplung in eingerücktem Zustande befinden kann, während in der Leerlaufstellung des Getriebes, falls dasselbe keine besondere Motorenkupplung besitzt, sämtliche Kupplungen ausgerückt sind. Bei den bisher bekannten derartigen Wechselgetrieben war meistens jeder Gesehwindigkeitsstufe eine besondere Kupplung zugeordnet, wobei das die betreffende Übersetzung ergebende, aus sich ständig im Eingriff befindlichen Zahnrädern bestehende Zahnräderpaar durch die Betätigung dieser Kupplung aus-und eingeschaltet wurde.
Bei den bekannten derartigen Wechselgetrieben wurden durch die zahlreichen, im Getriebegehäuse angeordneten Kupplungen die Abmessungen dieses Gehäuses stark vergrössert, und es war die Verwendung von Mehrscheibenkupplungen erforderlich, die meistens auf pneumatischem und/oder elektrischem Wege betätigt wurden, weshalb Getriebe solcher Art bisher hauptsächlich nur für den Eisenbahnbetrieb, z. B. für Motortriebwagen, in Frage kamen.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass man ein sowohl aus theoretischen wie aus konstruktiven und betriebstechnischen Gründen ausserordentlich vorteilhaftes Wechselgetriebe von sehr ausgedehntem Anwendungsbereich erhält, wenn man ein zu der oben erwähnten Gruppe gehörendes, mit Kupplungen versehenes Wechselgetriebe erfindungsgemäss mit einem normalen, z.
B. durch Verschieben von Zahnrädern oder deren Klauenkupplungen an ihren Wellen schaltbaren Wechselgetriebe derart kombiniert, dass es mindestens zwei solche Kupplungen enthält, welche mit je einer ihrer Kupplungshälften mit der treibenden oder angetriebenen Welle in ständigem Antriebsverhältnis stehen, während sie mit ihren anderen Kupplungshälften unter Vermittlung je einer Welle, vorteilhaft Hohlwelle, mit mindestens je zwei, voneinander abweichende Übersetzungen ergebenden und je einzeln einschaltbaren Zahn-oder Kettenräderpaaren in Antriebsverbindung stehen, welche Zahn-oder Kettenräderpaare in bekannter Weise, z. B. durch die Verschiebung einer der Zahnräder selbst oder zugehöriger Klauenkupplungen an ihrer Welle geschaltet werden können.
Diese Zahn-oder Kettenräderpaare und eventuell zugeordnete Klauenkupplungen sind dabei vorteilhaft derart angeordnet, dass sie sich beim Einschalten in an sich bekannter Weise auf die gleiche oder annähernd gleiche Umfangsgeschwin- digkeiten synchronisieren. Es ist ferner vorteilhaft, die mindestens zwei durch die einzelnen Kupplungen antreibbaren Zahnräder derart anzuordnen, dass je eine Kupplung nicht die Zahnräder für die unmittelbar aufeinanderfolgenden Schaltstufen, z. B. den ersten oder zweiten Gang, sondern die Zahnräder der Schaltstufen von weiter voneinander liegender Ordnungszahl antreibt. So kann z. B. bei
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einem Getriebe mit zwei Kupplungen die eine die Geschwindigkeitsstufen von ungerader Ordnungszahl, z.
B. den ersten und zweiten Gang usw., und die andere die Geschwindigkeitsstufen von gerader Ordnungszahl, z. B. den zweiten und vierten Gang usw., ergebende Zahnräderpaare antreiben.
Der Rückwärtsgang kann bei dem erfindungsgemässen Getriebe in beliebiger Weise, z. B. durch ein im Eisenbahnbetrieb übliches besonderes Wendegetriebe oder durch ein bei den normalen (durch Verschiebung schaltbaren) Wechselgetrieben gebräuchliches Vermittlungszahnrad erreicht werden und auch die Betätigungsorgane der Kupplungen und der Zahnräder oder der Zahnräderkupplungen können in beliebiger Weise ausgeführt und in mannigfaltige Verbindung miteinander gebracht werden.
Das erfindungsgemässe Getriebe soll an Hand von einigen Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden. In Fig. 1 der Zeichnung ist ein Teilschnitt durch ein Getriebe mit verschiebbaren Zahnrädern, in Fig. 2 durch ein Getriebe mit ständig im Eingriff befindlichen, mittels synchronisierten Klauenkupplungen schaltbaren Zahnrädern dargestellt. Fig. 3 zeigt ein mit dem Ausgleichsgetriebe zusammengebautes Wechselgetriebe, in Fig. 4 ist ein für den Einbau in vorhandene Fahrzeuge geeignetes Wechselgetriebe veranschaulicht.
Das Wechselgetriebe nach Fig. 1 besitzt zwei, durch die nämliche Welle 1 angetriebene Reibungskupplungen 2 und 3, die in der Zeichnung als gewöhnliche Kegelkupplungen abgebildet sind. Die Kraftquelle, z. B. der Fahrzeugmotor, treibt die Welle 1 entweder unmittelbar über ein Gelenk 1 a oder mittelbar, z. B. über die in der Zeichnung gestrichelt angedeutete Welle ld und Kegelradübersetzung lu, le an. Die zwischen Motor und Getriebe normalerweise angeordnete Hauptkupplung kann in beiden Fällen fortfallen, da jede der Kupplungen 2 und 3 für die Übertragung der vollen Motorleistung bemessen ist.
Aus der Zeichnung ist ersichtlich, dass diese Kupplungen ausserhalb des die Zahnräder umgebenden Getriebegehäuses (in der Praxis zweckmässigerweise durch je einen abnehmbar an das Gehäuse befestigen, z. B. aus Blech bestehenden Deckel geschützt) angeordnet sind. Dies stellt aus baulichen Gründen einen bedeutenden Vorteil dar, da dadurch die Anwendung von auch durch kleinere Kräfte weich betätigbaren Troekenkupplungen, z. B. Ein- oder Mehrscheibenkupplungen, ermöglicht wird, und ist auch von dem Standpunkt des einfachen Betriebes vorteilhaft, da dadurch die der Abnutzung unterworfenen und gelegentlich einer Nachstellung usw. bedürftigen Kupplungen leicht zugänglich werden.
Ferner kann durch diese Anordnung ein Verölen der Kupplungen sicher vermieden werden, da sie nicht, wie bisher üblich, zwischen zwei Öl enthaltenden Gehäusen angeordnet sind. Derjenige Vorteil der bekannten, mit mehreren Kupplungen versehenen Getriebe, wonach beim Fehlerhaftwerden der einen Kupplung das Fahrzeug noch nir ht betriebsunfähig wird, wird infolge ihrer Bauart auch bei den erfindungsgemässen Getrieben beibehalten. Die Kupplungshälfte 2a bzw. 3a der Kupplungen 2 und 3, die mit der gleichen Drehzahl umlaufen und an den genuteten Teilen der Welle 1 zwecks Aus- und Einrückens der betreffenden Kupplungen verschiebbar sind, werden durch die Welle 1 angetrieben.
Diese Welle geht durch die die andern Kupplungshälften 2b bzw. 3b der Kupplungen tragenden Hohlwellen 2e bzw. 3e hindurch. An der Hohlwelle 2e sitzen die Zahnräder 5 und 6 und an der Hohlwelle 3e die Zahnräder 7 und 8 fest. Die niedrigste Gesehwindigkeitsstufe, d. h. der erste Gang, wird durch Einschalten des Zahnrades 5, der zweite Gang durch Einschalten des Zahnrades 7, der dritte Gang durch Einschalten des Zahnrades 6 und der die höchste Geschwindigkeit ergebende vierte Gang durch Einschalten des Zahnrades 8 erhalten. Diese Schaltungen erfolgen in bekannter Weise durch Verschieben der auf der Nuten-oder Vierkantwelle 9 verschiebbaren Zahnräderpaare.
Der erste Gang wird beim Eingriff der Zahnräder 5 und 10, der zweite Gang beim Eingriff der Zahnräder 7 und 12, der dritte Gang beim Eingriff der Zahnräder 6 und 11 und der vierte Gang beim Eingriff der Zahnräder 8 und 13 erhalten. Das Verschieben der Verschiebezahnräder erfolgt in bekannter Weise vermittels von in die Rillen 14 bzw. 15 eingreifenden (auf der Zeichnung der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten) Gabeln. Die Energie kann aus dem Getriebe entweder unmittelbar über das herausragende Ende 9a der Welle 9 oder mittelbar über die durch die Kegelradübersetzung 9b und 9c angetriebene Welle M abgenommen werden.
Bei der in der Zeichnung dargestellten Lage ist die dritte Gesehwindigkeitsstufe eingeschaltet, da die Kupplung 2 eingekuppelt ist und so die durch den Motor angetriebene Welle 1 die Welle 9 über die Zahnräder 6 und 11 antreibt. Die durch die Zahnräder 12 und 13 gebildete Einheit läuft ebenfalls um, läuft aber leer, da die Kupplung 3 ausgerückt ist und es folglich unwesentlich ist, ob sieh diese Einheit in der dargestellten Schaltstellung oder in der Schaltstellung 8, 13 befindet oder uneingeschaltet ist.
Der Umstand aber, dass in der eingeschalteten Stellung einer jeden Gesehwindigkeitsstufe von ungerader Ordnungszahl sich die Zahnräder einer jeden Geschwindigkeitsstufe von gerader Ordnungszahl und umgekehrt : in der eingeschalteten Stellung einer jeden Gesehwindigkeitsstufe von gerader Ordnungszahl sich die Zahnräder einer jeden Geschwindigkeitsstufe von ungerader Ordnungszahl im Eingriff miteinander leer drehen können, ist ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemässen Getriebes, da dadurch die Möglichkeit einer Vorwahlschaltung gegeben ist. In der auf der Zeichnung dargestellten Stellung befindet sich das auf die Geschwindigkeitsstufe III geschaltete Getriebe in Vorwahlstellung für den zweiten Gang, d. h. wenn auf diesen Gang zurückgeschaltet werden soll, genügt es, die Kupplung 2 auszurüeken und die Kupplung 3 einzurücken.
Ebenso kann geschaltet werden, wenn sich das Getriebe z. B, in der Vorwahlstellung für Gang IV befindet. Diese Möglichkeit ist besonders bei Schleppern,
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Maschinenpflügen usw. von Bedeutung, bei welchen auf solche Weise ein sanftes, stossfreies und rasches Umschalten stets erreicht werden kann.
Das Vorwählen einer Gesehwindigkeitsstufe von ungerader Ordnungszahl bei einer eingeschalteten Geschwindigkeit von ebenfalls ungerader Ordnungszahl und das Vorwählen einer Geschwindigkeitsstufe von gerader Ordnungszahl bei einer eingeschalteten Geschwindigkeit von ebenfalls gerader Ordnungszahl ist zwar nicht möglich, jedoch ist dieser Umstand in der Praxis, wo meistens sowieso nur auf benachbarte Geschwindigkeitsstufen umgeschaltet wird, nicht von Bedeutung, und ist bei der zweckmässigeren Ausführung nach Fig. 2, bei welcher sich die Zahnräder ohnehin im ständigen Eingriff befinden und durch synchronisierte Klauenkupplungen geschaltet werden, noch weniger störend.
In Fig. 2 werden durch die gleichen Bezugszeichen die nämlichen Teile bezeichnet wie in Fig. 1, der Unterschied gegenüber der Ausführung nach Fig. 1 ist nur, dass sich die Zahnräder 5 und 6 bzw.
7 und 8 in grösserem Abstand voneinander befinden und im ständigen Eingriff mit den ihnen zugeordneten Zahnrädern 10, 11, 12 und 13 laufen, wobei ein jedes der letzteren je eine in bekannter Weise synchronsierte Klauenkupplung 10a, 11 a, 12a, 13a besitzt, deren Schaltung ebenfalls durch in die Rillen 14 bzw. 15 eingreifende (und auch auf dieser Abbildung nicht dargestellte) Gabeln erfolgt.
Aus den Fig. 1 und 2, in denen zwecks Wahrung der Übersichtlichkeit das in beliebiger Weise ausführbare Wende-bzw. Rückwärtsganggetriebe nicht dargestellt ist, ist es klar, dass bei dem erfindungsgemässen Getriebe die Energie bei jeder Geschwindigkeitsstufe für Vorwärtsgang im Getriebe selbst nur durch ein einziges Zahnräderpaar übertragen wird und demnach der Wirkungsgrad des Getriebes bei jeder Geschwindigkeitsstufe gleich gut ist, was besonders bei schweren Fahrzeugen von Vorteil ist. Demgegenüber fehlt bei den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen diejenige vorteilhafte Eigenschaft der normalen Getriebe, dass bei der höchsten ("direkten") Gesehwindigkeits- stufe zufolge der unmittelbaren Verbindung ein geräuschloser Lauf und annähernd 100% iger Wirkungsgrad erreicht wird.
Bei einer nachstehend beschriebenen andern Ausführungsform kann aber auch dieser Vorteil erreicht werden.
Ein grosser Vorteil des erfindungsgemässen Getriebes ist, dass es sehr mannigfaltige Ausführungund Einbaumöglichkeiten bietet. So kann beispielsweise das Wechselgetriebe mit dem Ausgleichgetriebe gut zusammengebaut werden, wenn man z. B. die Zahnräder 10, 11 und 12, 13 an zwei Hohlwellen 6a, 16b anbringt (Fig. 3), die die in diesem Fall fehlende Welle 9 ersetzen und das zwischen ihnen angeordnete Gehäuse 17 der kleinen Ausgleichkegelräder a, 18b unmittelbar antreiben. Die mit den grösseren Ausgleichkegelrädern 19a, 19b verbundenen Halbwellen 20a, 20b gehen durch die Hohlwellen 16a, 16b hindurch und treiben die Räder 21a, 21b des Fahrzeuges an.
Da die Wellen 20a, 20b und die Hohlwellen 16a, 16b zumeist mit gleicher Drehzahl umlaufen und ihre Drehzahlen au (11 beim Kurvenfahren nur um ein Geringes voneinander abweichen, bietet die Lagerung der Wellen in den Hohlwellen keine Schwierigkeit. Bei einer derartigen Anordnung wird die Kegelradübersetzung zum Antrieb des Ausgleichgetriebes erspart, und es wird ein äusserst gedrängter Aufbau erhalten, welf her sich, insbesondere beim Antrieb durch einen querliegenden Motor 22, wie in Fig.
3 veranschaulicht ist, wegen der kurzen Baulänge vorzüglieh für Fahrzeuge mit Frontarltrieb oder Heekmotor eignet, wobei das Motoren-und Getriebegehäuse auch aus einem StiKk bestehen kann. An Stelle der dargestellten Stirnradübersetzung 23,24 kann selbstverständlich ein Kettenantrieb oder beim Antrieb des Wechselgetriebes durch einen längsliegenden Motor die gestrichelt gezei (hnete Kegelradübersetzungle, lb verwendet werden.
In Fig. 4 ist ein erfindungsgemässes vier-bzw. fünfstufiges Wechselgetriebe dargestellt, das zum vorteilhaften Ersatz der Getriebe von bereits vorhandenen Fahrzeugen dienen soll und an Stelle derselben ohne Schwierigkeit eingebaut werden kann. Bei diesem Getriebe treibt die Motorwelle 25 gegebenenfalls über die übliche Hauptkupplung 26 das innerhalb des Getriebegehäuses 4 liegende Zahnrad 27 an, das in dauerndem Eingriff mit den an den Hohlwellen 2, 28b festsitzenden Zahnrädern 29a, 29b läuft. Die durch diese Hohlwellen hindurchgehenden Vorgelegewellen 30a, 30b können vermittels der Kupplungen 2 bzw. 3 mit den Hohlwellen 28a, 28b verbunden werden.
Die lose an den Vorgelegewellen sitzenden Zahnräder 5, 6 bzw. 7, 8 der verschiedenen S haltstufen laufen in ständigem Eingriff mit den zugeordneten Zahnrädern 10, 11 bzw. 12, 13, die fest an der gleichachsig mit der treibenden Welle angeordneten getriebenen Welle 31 sitzen. Die an den Vorgelegewellen sitzenden Zahnräder können vermittels der Klauenkupplungen 14a bzw. 15a, mit den Vorgelegewellen synchronisiert und verbunden werden. Die Anordnung ist dabei so getroffen, dass die Zahnräder der Geschwindigkeiten mit ungerader Ordnungszahl an der einen Vorgelegewelle und die Zahnräder der Geschwindigkeitsstufen mit gerader Ordnungszahl an der andern Vorgelegewelle sitzen. Die Kraftübertragung bzw. die Schaltung erfolgt in ähnlicher Weise wie bei den vorhergehenden Ausführungen.
Bei dieser Ausführung lässt sich eine unmittelbare Verbindung der getriebenen mit der treibenden Welle einfach verwirklichen. Zu diesem Zwecke müssen lediglich die Klauen 32,33 mittels einer nicht dargestellten Kupplung miteinander verbunden und die Kupplungen 2,3 beider Vorgelegewellen ausgerückt werden. Bei Verwendung eines derartigen direkten Ganges muss die ursprünglieh vorhandene Kupplung 26 des Fahrzeuges beibehalten werden, während sonst diese Kupplung unnötig ist und ausgebaut werden kann. Wird von der Möglichkeit der Erzielung dieses direkten Ganges bei dem Getriebe
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nach Fig. 4 Gebrauch gemacht, so erhält man ein fünfstufiges Getriebe. Einer der Getriebegänge kann in diesem Falle ein eine höhere Geschwindigkeit als der direkte Gang ergebender Schnellgang sein.
Aus Fig. 4 ist es ferner klar, dass das Getriebe auch derart benutzt werden kann, dass die Welle M die treibende und die Welle 25 die angetriebene Welle ist.
Zum Zwecke der Raumersparnis werden die Achsen der Vorgelegewellen und die der treibenden bzw. angetriebenen Welle zweckmässig nicht-wie dargestellt-in einer Ebene angeordnet, sondern so, dass sie in Vorderansicht die Ecken eines Dreiecks bilden.
Es wird bemerkt, dass die Erfindung nicht auf die obigen Beispiele beschränkt ist. So kann z. B. jede Kupplung auch drei oder mehrere Zahnräder antreiben, z. B. bei sechs-oder mehrstufigen Getrieben.
Anstatt der bekannten Reibungskupplungen können auch Kupplungen jeder anderen geeigneten Art, z. B. hydraulische oder elektromagnetische Kupplungen oder ein sanftes Anfahren gestattende, also genügend weich einkuppelnde, nach Belieben sperr-und lösbare Freilaufgetriebe, z. B. PlanetenräderFreilaufgetriebe Verwendung finden. Man kann ferner auch die Zahnräder 10-13 fest an ihrer Welle anordnen und die Zahnräder 5-8 schaltbar machen. Von der Erfindung wird auch nicht abgewichen, wenn die Zahnräder der Ausführungen nach Fig. 2,3 und 4 in bekannter Weise als Kettenräder ausgebildet und statt dem unmittelbaren Eingriff miteinander mittelbar durch Ketten verbunden werden.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Getriebes ist, dass es sich leicht zur vollständigen Automatisierung, d. h. zur selbsttätig erfolgenden, den jeweiligen Fahrverhältnissen entsprechenden Umschaltung bauen lässt. Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, dass das Getriebe durch ein von der jeweiligen Motordrehzahl abhängiges Steuerorgan, z. B. einen Fliehkraftregler oder Stromerzeuger derart gesteuert bzw. betätigt wird, dass bei der Überschreitung je einer bestimmten Motordrehzahl der jeweils höhere Gang vorgewählt und bei Erreichung je einer bestimmten noch höheren Motordrehzahl dieser vorgewählte Gang auch eingeschaltet wird und umgekehrt. Diese Vorrichtung wird aber vorteilhaft ausschaltbar angeordnet, um auch willkürliches Schalten zu ermöglichen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Geschwindigkeitswechselgetriebe, insbesondere für durch Verbrennungsmotoren angetriebene Fahrzeuge, welches mindestens zwei einzeln aus-und einrückbare, zum Übertragen der vollen Motorleistung bemessene Kupplungen enthält, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei solcher Kupplungen (2, 3) mit je einer ihrer Kupplungshälften (2a, 3a) mit der treibenden oder angetriebenen Welle (1) in ständigem Antriebsverhältnis stehen und je mit ihrer andern Kupplungshälfte (2b, 3b) unter Vermittlung je einer Welle, vorteilhaft einer Hohlwelle e, 3e) mit mindestens je zwei, voneinander abweichende Übersetzungen ergebenden und je einzeln einschaltbaren Zahn-oder Kettenräder-
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