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Stirnräderwechsel-und-wendegetriebe, insbesondere für Fahrzeugantriebe
Die Erfindung bezieht sich auf ein mit Stirnzahnrädern ausgerüstetes Wechsel- und Wendegetriebe in Vorgelegebauart.
Seit jeher bemüht man sich um den Bau von Zahnrädergetrieben, die bei einer Mindestzahl von Rädern und Wellen und demnach bei geringem Bauaufwand, kleinem Gewicht und Raumbedarf eine Höchstzahl von Übersetzungsstufen ermöglichen. Für diesen Zweck sind - zumal bei grossen Leistungen, geforderter hoher Betriebssicherheit und möglichst einfacher Konstruktion - sogenannte Vorgelege- oder Standgetriebe mit nur ortsfesten Getriebewellen (also ohne Umlaufräder) besonders geeignet. Für reine StufenStandgetriebe, also ohne Wendeeinrichtung, ist es dabei schon bekannt, mit einer Mindestzahl von sechs Zahnrädern vier Übersetzungsstufen zu erzielen.
Für Stirnräderwechsel- und-wendegetriebe, mit denen also eine Änderung sowohl der Übersetzung als auch der Abtriebsdrehrichtung bewirkt wird, hat man dagegen die vorgenannte äusserste Grenze von nur sechs Zahnrädern bei vier Gängen bis auf eine Ausnahme noch nicht erreicht. Die meisten bekannten Wechsel- und Wendegetriebe in Vorgelege-Bauart weisen vielmehr bei zwei Vorwärts-und zwei Rückwärtsgängen mindestens sieben Zahnräder auf. Lediglich bei der erwähnten Ausnahme sind je zwei Vorwärts- und Rückwärtsgänge mit nur sechs Zahnrädern erzielbar, wobei jedoch vier Wellen und eine entsprechende Anzahl von Lagern erforderlich sind. Ausserdem ist bei dieser Bauart das Schalten lediglich mittels Schiebezahnrädern möglich.
Ferner ist noch ein Stirnrädergetriebe mit nur sechs Zahnrädern und drei ortsfesten Getriebewellen vorgeschlagen worden, das sich aber lediglich auf zwei Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang schalten lässt. Die Getrieberäder sind in diesem Falle je zu dritt in zwei zueinander parallelen Ebenen und ausserdem je paarweise auf den drei ortsfesten, parallelen und im Dreieck zueinander liegenden Getriebewellen (Eingangs-, Ausgangs- und Vorgelegewelle; angeordnet.
Die Erfindung geht von der letztgenannten Getriebebauart mit sechs Zahnrädern und drei ortsfesten, parallelen Getriebewelleu aus ; sie ermöglicht jedoch dadurch, dass die Zahnräder und Wellen in einer andersartigen Weise miteinander kuppelbar sind und anders zusammenarbeiten, nunmehr zwei Vorwärts- so- wie zwei Rückwärtsgänge.
Frfindungsgemäss sind dabei die Getriebeeingangswelle mittels eines aufihr angeordneten Zahnrades und desgleichen auch die Ausgangswelle mittels eines zweiten, auf ihr angeordneten Zahnrades mit einem mit diesen Zahnrädern zum Eingriff bestimmten dritten, auf der Vorgelegewelle fest angeordneten Zahnrad kuppelbar, und ferner ist die Eingangswelle mittels eines vierten, auf ihr angeordneten Zahnrades mit einem hiemit zum Eingriff bestimmten fünften, auf der Ausgangswelle angeordneten Zannrad kuppelbar, das seinerseits mit seiner Welle kuppelbar ist und ausserdem mit dem sechsten, auf der Vorgelegewelle fest angeordneten Zahnrad kämmt.
Nach einer günstigen Ausführungsform des erfindungsgemässen Getriebes stehen hiebei die zum gegenseitigen Kämmen bestimmten Zahnräder dauernd im Eingriff, und ferner sind die Eingangswelle und auch die Ausgangswelle je mit den auf ihnen angeordneten Zahnrädern mittels Schaltkupplungen wahlweise kuppelbar. Es ist aber auch eine andere Ausführungsvariante möglich, bei der beide auf der Eingangswelle angeordneten Zahnräder und/oder das auf der Ausgangswelle angeordnete eine Zahnrad, das nur mit einem ZÅahnrad der Vorgelegewelle zusammenarbeitet, als mit ihren Wellen drehfest verbundene Schiebezahnräder ausgebildet sind.
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Das erfindungsgemässe Wechsel-und Wendegetriebe ergibt gegenüber den bisherigen Getrieben mit gleicher Gangzahl infolge der niedrigeren Stirnräder- und Wellenzahl einen geringeren Bauaufwand (kleineres Gewicht, weniger Bauteile), geringeren Platzbedarf und einen einfacheren Aufbau, ferner weniger Zahneingriffe und somit einen besseren Wirkungsgrad. Aus diesen Gründen ist es für Fahrzeugantriebe, insbesondere an Schienenfahrzeugen, vorteilhaft geeignet.
Des weiteren eignet sich das erfindungsgemässe Getriebe gut als Nachschaltgetriebe hinter einem Strömungsgetriebe, um dessen Arbeitsbereich zu erweitern. Bei in der Drehrichtung nicht umsteuerbaren Strömungswandlern bewirkt dann das Wendegetriebe ausserdem die Drehrichtungsumkehr.
Nähere Einzelheiten und die Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes sind an Hand zweier Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert. Hiebei zeigen Fig. 1 einen Axialschnitt eines erfindungsgemässen Wechsel- und Wendegetriebes, Fig. 2 eine vereinfachte Seitenansicht der zugehörigen Zahnradsätze, Fig. 3 eine ebenfalls vereinfachte schaubildliche Darstellung dieser Zahnradsätze und Fig. 4 eine abgewandelte Ausführungsform des Getriebes mit Schiebezahnrädern auf der Eingangswelle.
Bei dem beispielsweise für ein Schienenfahrzeug bestimmten Getriebe nach den Fig. 1-3 treibt ein nicht dargestellter Motor über die Welle 1 und den Strömungswandier 2 mit Pumpenrad 3 und Turbinenrad 4 die Eingangswelle 5 des Wechsel- und Wendegetriebes 6 an. An Stelle des Strömungswandlers könnte etwa auch ein Getriebe mit mehreren Strömungskreisläufen vorgesehen sein. Zwei Stirnzahnräder 7 und 8 sind auf der Eingangswelie 5 frei drehbar gelagert und über eine Doppelkupplung mit Klauenkrän- zen 9,10 bzw. 11,12, Kupplungsmuffe 13 und Keilnuten 14 wahlweise mit der Eingangswelle 5 kuppelbar. Das Rad 8 steht dauernd mit dem Zahnrad 16 im Eingriff.
Dieses sowie ein weiteres Stirnzahnrad 17 sind auf der Getriebeausgangswelle 18 frei drehbar gelagert und ebenfalls über eine Doppelkupplung mit Klauenkränzen 19, 20 bzw. 21, 22, Kupplungsmuffe 23 und Keilnuten 24 wahlweise mit der Ausgang% wel- le kuppelbar. Parallel zu der Eingangs- und Ausgangswelle sowie im Dreieck dazu liegt die Vorgelegewelle 25 mit zwei auf ihr befestigten Zahnrädern 26 und 27 dabei steht das Rad 26 mit dem Rad 16 (jedoch nicht mit dem Rad 8) dauernd im Eingriff, und das Zahnrad 27 kämmt stets mit dem Rad 17 sowie auch mit dem Rad 7. Die strichpunktierte Linie 28 soll dabei den Zahneingriff zwischen den Rädern 27 und 7 andeuten.
In Fig. 1 ist zwecks deutlicher Darstellungsweise die Vorgelegewelle in eine durch die Eingangs- und Ausgangswelle gelegte Ebene geklappt ; ihre wirkliche räumliche Lage gegenüber den übrigen Getriebewellen ist aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, in denen der Einfachheit halber die Zahnräder durch ihre Teilkreise dargestellt sind.
Das Getriebe ermöglicht zwei Vorwärtsgänge und zwei-bei dem vorliegenden Beispiel gleichüber- setzte - Rückwärtsgänge. Die jeweilige Stellung der Kupplungsmuffen und der Verlauf des Kraftflusses sind dabei folgende :
Im langsamen Vorwärtsgang : Die Muffe 13 befindet sicu links, die Muffe 23 rechts, und der Kraftfluss
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erfolgt über die Teile 5,13, 7,27, 17,23, 18.
Im langsamen Rückwärtsgang : Die Muffe 13 steht rechts, die Muffe 23 ebenfalls rechts, und der Kraftfluss verläuft über die Teile 5,13, 8,16, 23,18.
Im schnellen Rückwärtsgang : Die Muffe 13 befindet sich rechts, die Muffe 23 links, und der Kraftfluss erfolgt über die Teile S, 13,8, 16,26, 25,27, 17,23, 18.
Wie ersichtlich, bewirkt die Schaltmuffe 13 die Drehrichtungsumkehr und die Schaltmuffe 23. die Geschwindigkeitsabstufung.
An Stelle jeder Doppelkupplung könnten auch je zwei Einzelkupplungen vorgesehen sein. Da jedoch zwei gleichachsige Kupplungen (z. B. 9,10 und 11,12) nie gleichzeitig eingeschaltet sein dürfen, ist zumindest bei Klauenkupplungen die dargestellte Ausführung mit Doppelkupplungen vorzuziehen, weil dadurch zwangsläufig Fehlschaltungen vermieden werden.
Des weiteren können die Schaltkupplungen. insbesondere die zur Geschwindigkeitsstufung dienenden Kupplungen der Ausgangswelle, vorteilhaft als Reibkupplungen oder als synchronisierte, formschlüssige Kupplungen ausgebildet sein. Es ist dann ohne Schwierigkeit möglich, auch bei laufendem Getriebe den Geschwindigkeitsbereich (Gang) zu wechseln.
Wie insbesondere aus der Fig. 3 zu ersehen ist, müssen die Durchmesser, Moduln und Zähnezahlen der Zahnräder so gewählt sein, dass die Räder 7 und 17 sowie auch 8 und 26 nicht miteinander kämmen ; ausserdem müssen die gleiche Achsabstände aufweisenden Räder 17 und 27 einerseits und 16 und 26 anderseits miteinander in Eingriff stehen. Diese Erfordernisse bedingen bei Verwendung normaler Verzahnung (d. h. ohne Profilverschiebung) mitunter grosse Raddurchmesser. Dieser Nachteil lässt sich gemäss einer
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Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes dadurch vermeiden oder vermindern, dass wenigstens eines der Zahnräder mit profilverschobener Verzahnung ausgeführt wird. So können beispielsweise die Verzahnungen der Zahnräder 8 und 16 eine positive Profil Verschiebung aufweisen, um eine Freigängigkeit der Zahnräder 7 und 17 zu erzielen.
Bei Getrieben mit gleichem Modul an sämtlichen Zahnrädern erhält man eine günstige Ausführung mit kleinen Raddurchmessern, indem ausser der Profilverschiebung noch die Summe der Zähnezahlen des nur mit einem Vorgelegerad zusammenarbeitenden Zahnrades der Ausgangswelle sowie dieses Vorgelegerades selbst mindestens um einen Zahn kleiner gewählt wird als die Summe der Zähnezahlen des andern Zahnrades der Ausgangswelle und des andern Vorgelegerades. Bei Anwendung auf das Getriebe nach Fig. 1-3 bedeutet dies also, dass
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ist, wenn z, z usw. die Zähnezahlen der Zahnräder 17, 27 usw. angeben. Infolge des gleichen Achsabstandes der Räder 16, 26 und 17, 27 ist die letztgenannte Bedingung nur mit Hilfe einer entsprechenden Profilverschiebung erreichbar.
Fig. 4 zeigt eine etwas abgewandelte Form des erfindungsgemässen Getriebes, wobei an Stelle der auf der Eingangswelle 5 des Getriebes nach Fig. 1-3 gelagerten, dauernd im Eingriff befindlichen Zahnräder 7 und 8 und deren Schaltkupplungen 9-14 nunmehr mit der Eingangswelle 105 drehfest verbundene Schiebezahnräder 107,108 vorgesehen sind. Da letztere nur wahlweise mit ihren Gegenzahnrädern 127 bzw. 116 in Eingriff kommen dürfen, sind sie starr miteinander verbunden, Die mit vollen Linien dargestellte Lage der Schieberäder entspricht den beiden Vorwärtsgängen, wobei der Kraftfluss entsprechend der strichpunktierten Pfeillinie 128 vom Zahnrad 107 zu dem Rad 127 verläuft.
In den beiden Rückwärtsgän- gen sind die Schieberäder in ihre strichpunktiert gezeichnete Lage 107', 108'verschoben, in der das Rad 108'mit Rad 116 kämmt. Alle übrigen Getriebeteile entsprechen denen nach Fig. 1-3, wobei gleiche Elemente mit um 100 vergrösserten Bezugsziffern bezeichnet worden sind.
Abweichend von der Fig. 4 könnte auch das Zahnrad 117 als mit der Ausgangswelle drehfest verbundenes Schiebezahnrad ausgebildet sein.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Stirnräderwechsel-und-wendegetriebe, insbesondere filr Fahrzeugantriebe und vorzugsweise in Verbindung mit Strömungskreisläufen, mit sechs Zahnrädern, die je paarweise auf drei ortsfesten, parallelen und im Dreieck zueinander liegenden Getriebewellen (Eingangs-, Ausgangs- und Vorgelegewelle) angeordnet sind und zumindest in ihren jeweiligen Arbeitsstellungen in zwei parallelen Ebener. liegen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung von zwei Vorwärts- und zwei Rückwärtsgängen die Eingangswelle (5) mittels eines auf ihr angeordneten Zahnrades (7) und desgleichen auch die Ausgangswelle (18).
mittels eines zweiten, auf ihr angeordneten Zahnrades (17) mit einem mit diesen beiden Zahnrädern (7, 17) zum Eingriff bestimmten dritten, auf der Vorgelegewelle (25) fest angeordneten Zahnrad (27) kuppelbar sind, und dass ferner die Eingangswelle (5) mittels eines vierten, auf ihr angeordneten Zahnrades (8) mit einem hiemit zum Eingriff bestimmten fünften, auf der Ausgangswelle (18) angeordneten Zahnrad (16) kuppelbar ist, wobei das Rad (16) seinerseits mit seiner Welle (18) kuppelbar ist und ausserdem mit dem sechsten, auf der Vorgelegewelle (25) fest angeordneten Zahnrad (26) kämmt.