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Wechselgetriebe mit sperrsynchronisierten Schaltkupplungen
Die Erfindung bezieht sich auf Wechselgetriebe mit über eine Schaltvorrichtung betätigten sperrsynchronisierten Schaltkupplungen und mindestens drei Paaren von auf zwei parallelen
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muss die Schaltvorrichtung zur Einschaltung einer anderen Übersetzungsstufe oft mehrere Schaltkupplungen gleichzeitig betätigen. In diesen Fällen wirken die Synchronisiereinrichtungen der Schaltkupplungen teilweise einander entgegen.
So kann beispielsweise die Synchronisiereinrichtung einer Schaltkupplung von der einen Seite in beschleunigendem Sinne auf ein Zahnräderpaar einwirken, während von der anderen Seite die Synchronisiereinrichtung einer anderen Schaltkupplung das gleiche Zahnräderpaar zu verzögern sucht. Dies hat eine unerwünschte Verlängerung der totalen Schaltzeit des Getriebes zur Folge, wobei die Synchronisiereinrichtungen stark abgenützt werden, da deren Reibflächen in solchen Fällen viel länger gegeneinander reiben, als für die Synchronisierung einer einzelnen Kupplung notwendig wäre. Ausserdem wird durch die gegenseitige Störung der Schaltkupplungen während des Schaltvorganges die Erreichung eines geräuschlosen Schaltens erschwert.
Erfindungsgemäss sollen diese Nachteile dadurch vermieden werden, dass die Schaltvorrichtung zu Beginn aller Schaltvorgänge, bei welchen mehrere Schaltkupplungen betätigt werden müssen, den Kraftfluss durch das Getriebe derart unterbricht, dass miteinander nicht mehr kraftschlüssig verbundene Gruppen von höchstens zwei Räderpaaren gebildet werden, wobei der
Kraftschluss erst wieder hergestellt wird, nach- dem die Schaltkupplungen betätigt worden sind.
Vorteilhaft ist dabei in einer Querebene des
Getriebes ein Trennkupplungspaar vorgesehen, dessen beide Kupplungen zwischen zwei benach- barten Zahnräderpaaren auf je einer der Getriebe- wellen derart angeordnet sind, dass durch das Aus- rücken dieser Trennkupplungen der Kraftfluss in beiden Wellen unterbrochen wird. Die paar- weise angeordneten Trennkupplungen können dabei ebenfalls sperrsynchronisiert sein, wobei
Sperrmittel vorgesehen sind, die von beiden aus- geschalteten Kupplungen eines Paares nur die eine einzurücken gestatten.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht u. zw. zeigt Fig. l einen Längsschnitt durch ein Getriebe mit vier Zahnräderpaaren und Fig. 2 schematisch den linken Teil, Fig. 2 a schematisch den rechten Teil der mit einem Druckmittel arbeitenden Schaltvorrichtung dieses Getriebes.
Fig. 3 veranschaulicht einen Teil der Vorrichtung nach Fig. 2 in anderer Wirkungslage.
Die paarweise ständig im Eingriff befindlichen Stirnzahnräder 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 7, 8 sind im Getriebegehäuse 9 in Wälzlagern gelagert Die Zahnräder 1 und 3 respektive 5 und 7 tragen in ihrem Innern die Wälzlager 10, 11 und 12, 13, welche die Lagerstellen für den treibenden Teil 14 und den getriebenen Teil 15 der einen Getriebewelle bilden. Zwischen ihren Lagerstellen tragen die beiden Wellenteile 14 und 15 die Keilpartien 16 und 17, auf welchen die Ver- schiebungsmuffen 18 und 19 der zweiseitig wirkenden, sperrsynchronisierten Schaltkupplungen unverdrehbar, aber axial verschiebbar angeordnet sind.
Die Schaltkupplungsmuffen 18 und 19 weisen je zwei Zahnkränze und zwei Synchronisierkegelflächen auf, welche mit entsprechenden Innenzahnkränzen und Reibkegelflächen an den Zahnrädern 1, 3 respektive 5, 7 zusammenwirken können. Diese Schaltkupplungen sind in an sich bekannter Weise mit hier nicht näher dargestellten Sperrmitteln versehen, welche das Ineingriffbringen der Zahnkränze erst ge- statten, nachdem durch die zugehörigen Reib- kegelflächen Gleichlauf der beiden Kupplungsteile erreicht ist. Die axiale Verschiebung der Schalt- kupplungsmuffen 18 und 19 wird durch die auf den Wellen 20 und 21 festgeklemmten Hebel 22 und 23 bewerkstelligt, welche zu diesem Zwecke in die Ringnuten 24 und 25 der beiden Muffen eingreifen. Die Zahnräder 2,4 und 6, 8 sind je miteinander durch die rohrförmigen Wellen- stücke 26 und 27 starr verbunden.
Endlich tragen die Zahnräder 5 und 6 in die Bohrungen der
Zahnräder 3 und 4 hineinragende Keilwellen- stummel 28 und 29. Auf diesen Keilwellen- stummeln sind die Verschiebungsmuffen 30 und 31 der Trennkupplungen angeordnet. Diese Muffen der nur einseitig wirkenden Trennkupplungen sind prinzipiell gleich aufgebaut wie die Muffen 18 und 19 der doppelt wirkenden Schaltkupplungen
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und tragen auch Zahnkränze und Kegelflächen, welche mit entsprechenden Innenzahnkränzen und Reibflächen an den Zahnrädern 3 und 4 zusammenwirken können. Die Trennkupplungsmuffen 30 und 31 werden über die in die Ringnuten 32 und 33 eingreifenden Hebel 34 und 35 betätigt, welche auf den Wellen 36 und 37 befestigt sind.
Die Kupplungsbetätigungswellen 20, 21, 36 und 37 führen aus dem Getriebegehäuse 9 hinaus und tragen dort die Hebel 38, 39, 40 und 41, welche über die Stangen 42, 43,44 und 45 mit den Kolben 46,47, 48 und 49 in Verbindung stehen (Fig. 2 und 2 a). Durch Verschiebung der in den Zylindern 50 und 51 gelagerten Kolben 46 und 47 in ihre obere respektive untere Endlage werden die beidseitig wirkenden Schaltkupplungsmuffen 18 und 19 mit den Zahnrädern 3 und 7 respektive 1 und 5 in Verbindung gebracht. Die Betätigungskolben 48 und 49 sind in einem gemeinsamen Zylinder 52 gelagert, in welchem durch die Trennwand 53 zwei Zylinderraume gebildet sind. Die Verlängerung 54 der Kolbenstange 44 führt durch eine Bohrung der Trennwand 53 hindurch.
Befindet sich der Kolben 48, wie in Fig. 2 a dargestellt, in seiner unteren Endlage, so ist die Kupplungsmuffe 30 eingerückt und erzeugt eine starre Verbindung zwischen den Zahnrädern 3 und 5. Durch Verschiebung in seine obere Endlage rückt der Kolben 48 die Trennkupplungsmuffe 30 aus.
Entsprechend hält der Kolben 49 bei der gezeichneten unteren Endlage die Trennkupplungsmuffe 31 ausser Eingriff, während er sie beim Übergang in die obere Endlage mit dem Zahnrad 4 in Verbindung bringt und dadurch dieses Zahnrad mit dem Rade 6 starr verkuppelt. Die Verlängerung 54 der Kolbenstange 44 verhindert dabei, dass der Kolben 49 in die obere Endlage gehen kann, wenn sich der Kolben 48 in seiner unteren Endlage befindet. Auf diese Weise wird eine mechanische Sperrung geschaffen, welche ein gleichzeitiges Einrücken beider Trennkupplungen ausschliesst.
Zur Betätigung der Kolben wird ein Druck- mittel, beispielsweise Druckluft verwendet, welche im Behälter 55 aufgespeichert ist. Der Behälter steht über die Leitung 56 mit dem Drehschieber- gehäuse 57 in Verbindung, an welches auch der
Leitungsabschnitt 58 angeschlossen ist. Der mit dem Betätigungshebel 59 versehene Dreh- schieber 60 trägt die Bohrung 61, durch welche die Leitung 56 mit dem Leitungsabschnitt 58 ver- bunden werden kann. Der Leitungsabschnitt 58 teilt sich in die beiden Zweigleitungen 62 und 63.
Die Zweigleitung 62 führt zum Gangwähler- gehäuse 64, während die Zweigleitung 63 mit zwei weiteren Verzweigungen in die Bohrungen 65 und 66 des Steuerventilgehäuses 67 mündet. Im
Vorwählergehäuse 64 ist der mittels des Hebels 68 verdrehbare Schieber 69 gelagert, durch welchen die Leitungen 70 bis 73 wahlweise mit der Druck- zweigleitung 62 oder mit der Aussenluft und die
Leitungen 74 und 75 mit der Aussenluft oder mit der in die Bohrungen 76 und 77 des Steuerventilgehäuses mündenden Leitung 78 verbunden werden können.
Die Leitungen 70 und 73 führen zu den Räumen oberhalb und die Leitungen 71 und 72 zu den Räumen unterhalb der Schaltkolben 46 und 47. Die Leitung 74 steht mit dem Raum über dem Kolben 48 und die Leitung 75 mit dem Zylinderraum unter dem Kolben 49 in Verbindung, während die beiden, an die Trennwand 53 angrenzenden Zylinderräume durch die Bohrungen 79 und die Leitung 80 an die Bohrungen 81 und 82 des Steuerventilgehäuses 67 angeschlossen sind. Dieses Gehäuse 67 weist noch die ins Freie führenden Bohrungen 83 und 84 auf. In seinem Innern ist der mit den beiden Ringnuten 85 und 86 versehene Kolben 87 gelagert. Die Feder 88 ist bestrebt, diesen Kolben in seiner linken Endlage festzuhalten.
Vom Raum an der linken Stirnseite des Steuerkolbens 87 führt die Leitung 110 zu den Bohrungen 89 und 90 im Sperrventilgehäuse 91, welches diesen Bohrungen gegenüber noch die ins Freie führende Bohrung 92 und die mit der Leitung 93 verbundene Bohrung 94 aufweist. Im Innern des Sperrventilgehäuses 91 ist der mit der Ringnut 95 versehene Kolben 96 längsverschiebbar angeordnet, wobei die'Feder 97 ihn in seiner unteren Endlage festzuhalten sucht.
Im Raum unterhalb des Sperrventilkolbens 96 mündet die Leitung 98, welche mit der Überström- öffnung 100 an der Laufbahn des Zylinders 51 verbunden ist. Entsprechend führt die an der Bohrung 94 des Sperrventilgehäuses angeschlossene Leitung 93 zur Überströmöffnung 99 des Zylinders 50. Die Überströmöffnungen 99 und 100 werden von den Kolben 46 und 47 nur in deren Endlagen freigegeben.
Zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der
Schaltvorrichtung sei angenommen, dass ein Wechsel der Geschwindigkeitsstufen vorgenommen werden soll, zu dessen Durchführung sämt- liche Schaltkupplungen ihre Wirkungslage ändern müssen. Gegenüber der in Fig. l dargestellten
Lage dieser Kupplungen soll die Muffe 18 der einen Schaltkupplung statt mit dem Rade 1 mit dem Zahnrad 3 in Eingriff kommen, die Muffe 30 der einen Trennkupplung soll aus-und die
Muffe 31 der anderen Trennkupplung eingerückt werden und die Muffe 19 der anderen Schalt- kupplung soll den getriebenen Wellenteil 15 statt mit dem Rade 7 mit dem Rade 5 verbinden.
Zur Vorbereitung dieses Schaltvorganges bringt der Fahrer den Vorwählerschieber 69 in die in
Fig. 2 gezeichnete Lage, wodurch die Leitungen 70,
72 und 74 mit der Aussenluft, die Leitungen 71 und 73 über die Bohrungen 101 und 102 mit der
Zweigleitung 62 und die Leitung 75 durch die
Bohrung 103 mit der Leitung 78 in Verbindung gelangen. Zur Durchführung des Schaltvorganges verdreht der Fahrer hierauf mittels des Hebels 59 den Drehschieber 60, so dass Druckluft aus dem
Behälter. 55 durch die Leitung 56 und die
Bohrung 61 im Drehschieber 60 in den Leitungs- abschnitt 58 gelangt und die beiden Zweig-
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leitungen 62 und 63 unter Druck setzt.
Von der Leitung 62 fliesst die Druckluft durch die Bohrungen 101 und 102 im Vorwählerschieber 69 und die Leitungen 71 und 73 einerseits in den Raum unterhalb des Kolbens 46 und andererseits in den Zylinderraum über dem Kolben 47, wodurch diese Kolben sich in die entgegengesetzte Endlage bewegen. Die im Zylinderraum auf der Gegenseite dieser Kolben vorhandene Luft entweicht über die Leitungen 70 und 72, die Aus-
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und die Bohrungen 106 und 107 ins Freie. Hiebei wird die Schaltkupplungsmuffe 18 über die Kolbenstange 42, den Hebel 38, die Welle 20 und den Hebel 22 nach rechts verschoben, so dass ihr Zahnkranz am Rade 1 ausser Eingriff kommt, während die Synchronisiereinrichtung auf das Zahnrad 3 zu wirken beginnt.
Entsprechend wird die Schaltkupplungsmuffe 19 durch den Kolben 47 über die Stange 43, den Hebel 39, die Welle 21 und den Hebel 23 nach links verschoben, so dass sie ausser Eingriff mit dem Rade 7 gelangt und mit ihrer Reibfläche Gleichlauf zwischen dem Zahnrad 5 und dem getriebenen Wellenteil 15 herzustellen beginnt.
Gleichzeitig gelangt Druckluft durch die Leitung 63 zu den beiden Bohrungen 65 und 66 des Steuerventilgehäuses 67. Der Steuerkolben 87 befindet sich dabei in der in Fig. 2 gezeichneten Lage, so dass die Bohrung 66 verschlossen ist, während die Druckluft von der Bohrung 65 über den Ringraum 85 und die Bohrung 81 in die Leitung 80 und von dort durch die Bohrungen 79 in die Zylinderräume beiderseits der Trennwand 53 des Gehäuses 52 gelangt. Der Kolben 49 verbleibt in seiner unteren Endlage, während der Kolben 48 durch die Druckluft in seine obere Endlage verschoben wird.
Bei dieser Bewegung verdreht er über die Stange 44 und den Hebel 40 die Welle 36 im Gegenuhrzeigersinn, so dass der Hebel 34 die Trennkupplungsmuffe 30 ausrückt (Fig. l). Die Luft im Raum über dem Kolben 48 entweicht dabei durch die Leitung 74, die Aussparung 108 im Vorwählerschieber 69 und die Bohrung 109 ins Freie. Durch das Ausrücken der einen Trennkupplung und das Ausgerückthalten der anderen Trennkupplung wird ein Zustand erreicht, bei dem der Kraftfluss in der Hauptund Nebenwelle des Getriebes unterbrochen ist,
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einander verbunden sind. Die Schaltkupplungen können daher den Synchronisierprozess zwischen diesen Rädergruppen einerseits und dem antreibenden respektive dem getriebenen Wellenteil andererseits ohne Störung rasch dutchführen und nach Erreichung des Gleichlaufes die Zahnkränze in Eingriff bringen.
Da die beiden Schaltvorgänge in beiden Zahnrädergruppen mit grösster Wahrscheinlichkeit nicht zur genau gleichen Zeit beendigt sind, sei angenommen, dass die Schaltung zuerst in der an den treibenden Wellenteil 14 anschliessenden Gruppe beendigt sei. Nach voll- ständiger Durchführung des Schaltvorganges der Kupplungsmuffe 18 erreicht ihr Betätigungskolben 46 dann im Zylinder 50 seine obere Endlage und gibt damit die Überströmöffnung 99 frei, durch welche Druckluft über die Leitung 93 zur Bohrung 94 des Sperrventilgehäuses 91 gelangt. Die Bohrung 94 ist aber vorläufig durch den Kolben 96 abgeschlossen.
Erreicht nun auch nach Ablauf des Synchronsier-und Schaltvorganges der Kupplungsmuffe 19 der entsprechende Betätigungskolben 47 seine untere Endlage, so wird auch beim Zylinder 51 die Überströmöffnung 100 aufgesteuert, wodurch Druckluft durch die Leitung 98 unter den Sperrventilkolben 96 gelangt und ihn entgegen der Kraft der Feder 97 anhebt. Hiebei wird durch die Kolbenringnut 95 eine Verbindung zwischen den Bohrungen 89 und 94 geschaffen und die bestehende Verbindung zwischen den Bohrungen 90 und 92 unterbrochen (Fig. 3). Aus der Überströmleitung 93 kann somit Druckluft in die Leitung 11 und von dort in den Raum vor der linken Stirnseite des Steuerventilkolbens 87 fliessen. Der Steuerkolben 87 wird unter Überwindung der Kraft der Feder 88 in seine rechte Endlage verschoben.
Die Bohrungen 65 und 81 werden dadurch verschlossen und der in die Bohrung 82 mündende Zweig der Leitung 80 steht über die Ringnut 85 und die Bohrung 83 mit der Aussenluft in Verbindung, so dass die Zylinderräume unter dem Schaltkolben 48 und über dem Schaltkolben 49 drucklos werden.
Gleichzeitig wird aber die Verbindung der Bohrungen 76 und 84 unterbrochen und dafür durch die Kolbennut 86 eine Verbindung zwischen den Bohrungen 66 und 77 hergestellt. Somit ge-i langt Druckluft aus der Zweigleitung 63 über diese Verbindung zur Leitung 78 und von dort zur Bohrung 103 des Vorwählerschiebers 69, von wo sie durch die Leitung 75 in den Raum unterhalb des Schaltkolbens 49 fliesst und diesen Kolben nach oben treibt. Der Kolben 49 verdreht über die Stange 45 und den Hebel 41 die Welle 37 im Gegenuhrzeigersinn, wodurch die Trennkupp- lungsmuffe 31 mittels des Hebels 35 nach links verschoben wird.
Die Synchronisiereinrichtung dieser Kupplung stellt nun zuerst Gleichlauf zwischen den beiden Rädern 4 und 6 her, worauf dann die Kupplungszahnkränze in Eingriff gelangen und mit der Beendigung des ganzen Schaltvorganges den durchgehenden Kraftfluss im Getriebe wieder herstellen. Der Synchronisiervorgang bei dieser letzten Schaltung geht dabei rasch vonstatten, da lediglich die Massen der Zahnräder J, 2 und 3,4 so zu beschleunigen oder zu verzögern sind, dass das Rad 4 der ersten
Gruppe die Drehzahl des Rades 6 der zweiten
Gruppe erreicht, wobei keine anderen Vorgänge eine störende Wirkung ausüben.
Obwohl auf diese Weise der ganze Schalt- vorgang in zwei nacheinander ablaufende Phasen zerlegt wird, dauert der totale Schaltprozess weniger lang, als wenn alle Kupplungen gleich- zeitig eingeschaltet würden, da die einzelnen
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Schaltvorgänge in den verschiedenen Phasen aus den erwähnten Gründen äusserst rasch ablaufen.
Selbstverständlich umfasst die Erfindung auch Getriebe mit mehr als vier Zahnräderpaaren, doch müssen dann mehrere Trennkupplungspaare vorgesehen sein, so dass auch dort während der ersten Schaltphase Gruppen von höchstens zwei Zahnräderpaaren entstehen, welche nicht mehr kraftschlüssig miteinander verbunden sind. Bei Getrieben mit sehr vielen Zahnräderpaaren kann vorteilhaft auch das Aneinanderschalten der verschiedenen Rädergruppen in der zweiten Phase des Schaltvorganges zeitlich nacheinander vorgenommen werden.
PATENTANSPRÜCHE : l. Wechselgetriebe mit über eine Schaltvorrichtung betätigten sperrsynchronisierten Schaltkupplungen und mindestens drei Paaren von auf zwei parallelen Wellen angeordneten, ständig im Eingriff befindlichen Stirnzahnrädern, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung zu Beginn aller Schaltvorgänge, bei welchen mehrere Schaltkupplungen betätigt werden müssen, den Kraftfluss durch das Getriebe derart unterbricht, dass miteinander nicht mehr kraftschlüssig verbundene Gruppen von höchstens zwei Paar Zahnrädern gebildet werden, wobei der Kraftschluss erst wieder hergestellt wird, nachdem die Schaltkupplungen betätigt worden sind.