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Ziehkeil-Schaltgetriebe
Die Erfindung bezieht sich auf ein in verschiedenen Geschwindigkeiten schaltbares Getriebe, bei dem das Schalten mittels eines Ziehkeiles erzeugt wird, der von der Schaltwelle geführte Riegelglieder wahlweise in Kupplungsstellung mit einem der schaltbaren Getrieberäder bringt.
Bei den meisten bekannten Ausführungsarten derartiger Ziehkeil-Schaltgetriebe sind die Riegelglieder Kugeln, die in Radialbohrungen der Schaltwelle verschiebbar geführt werden. Es ist auch möglich, statt Kugeln, Bolzen verschiedener Querschnitte in der Schaltwelle radial verschiebbar anzuordnen. Derartige Kugeln oder Bolzen sind Riegelglieder im Sinne der vorliegenden Erfindung.
Bei Getriebewellen mit hohen Drehzahlen treten an den radial geführten und beweglichen Riegelgliedern unerwünschte Zentrifugalkräfte auf, die mit zunehmender Drehzahl ansteigen. Durch diese Kräfte ist man gezwungen, die Masse, also die Grösse des Riegelgliedes, klein zu halten. Daraus ergibt sich eine Beschränkung der Grösse der übertragbaren Kräfte, weil der Durchmesser der Riegelglieder die Grösse des übertragbaren Drehmoments bestimmt.
Nachteilig ist ferner, dass die leer laufenden, also nicht geschalteten Riegelglieder, z. B. Kugeln, bei der Relativbewegung des zugehörigen Getrieberades durch die Fliehkraft gegen die in diesem Rad befindlichen vorbeilaufenden Kugeltaschen gedrückt werden und dadurch in radial hin-und hergehende Bewegungen versetzt werden, die besonders bei hohen Drehzahlen Geräusch und Verschleiss verursachen.
Die Kugeltaschen sind diejenigen Aussparungen in der Bohrung der schaltbaren Getrieberäder, in die sich die Kugeln oder die anders gestalteten Riegelglieder einlegen, wenn sie vom Kopf des Ziehkeiles radial nach aussen gedrückt werden und dadurch, dass sie zu einem Teil noch in ihrer Führung in der Schaltwelle und zum andern Teil in-der Kugeltasche sitzen, das Schaltrad mit dem betreffenden Getrieberad kuppeln.
Die Erfindung beseitigt die oben erwähnten Nachteile dadurch, dass zwischen den Riegelgliedern zweier Schaltstellen ein axial verschiebliches Glied vorgesehen ist, das die Riegelglieder unter dem Schaltwellendurchmesser hält, wenn die Riegelglieder beider Schaltstellen nicht geschaltet sind und bei radialer Verschiebung der Riegelglieder einer Schaltstelle durch den Ziehkeil eine axiale Bewegung gegen die Riegelglieder der andern Schaltstelle ausübt und dadurch diese Riegelglieder radial nach innen drückt, wobei das Zwischenglied ein die Schaltwelle vollständig ummantelnder Ring ist, dessen Stirnsei- ten, die an den Kugeln anliegen, in zweckmässigem Winkel abgeschrägt sind, oder für jedes Riegelgliedpaar zweier Schaltstellen ein in der Schaltwelle geführter Stift oder Keil als Zwischenglied vorgesehen ist.
Durch das erfindungsgemässe axiale verschiebbare Zwischenglied können die nicht geschalteten Kugeln in keinem Fall eine nicht kontrollierte Bewegung ausführen. Sie stützen sich unter der Wirkung der Zentrifugalkraft gegen die Schrägkante des Zwischengliedes, so dass die Geräusch bildende und Verschleiss verursachende radiale Pendelbewegung der Kugeln verhindert ist.
Für das axial verschiebbare Zwischenglied brauchen keine wesentlichen Verschiebekräfte aufgewendet werden, da die beim Schalten der Kugeln notwendige axiale Verschiebung des Zwischengliedes von der Zentrifugalkraft unterstützt wird, so dass die Zentrifugalkraft der zu schaltenden Kugeln der entgegenwirkenden Kraft des nicht zu schaltenden ändern Kugelsatzes entgegenwirkt und ihr die Waage hält.
Beim Zurückschalten der Kugeln der gekuppelten Schaltstelle in den Leerlauf werden diese Kugeln von den Kugeltaschen ohne merkbaren Kraftaufwand in die Ruhelage zurückgedrängt, weil die Verschie-
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bung des Zwischengliedes in die Mittelstellung von der Zentrifugalkrttft der nicht geschalteten Kugeln unterstützt wird. Beim Zurückschalten auf Leerlauf pendelt also das Zwischenglied selbsttätig in die Mittelstellung zurück, gesteuert durch die Zentrifugalkraft der nicht geschalteten Kugeln.
Bei dieser Ausführungsart können Kugeln beliebiger Grösse verwendet werden, da die auftretenden Zentrifugalkräfte keinen nachteiligen Einfluss ausüben. Es können also mit einem Ziehkeilgetriebe gemäss der Erfindung, bei Drehzahlen jeder Grösse, Kugeln mit Durchmessern verwendet werden, die in der Lage sind, die gewilnschten Kräfte zu übertragen.
Durch die erfindungsgemässen, axial verschiebbaren Glieder zwischen den Riegelglied-Sàtzen zweier nebeneinander liegenden Schaltstellen werden noch weitere Vorteile erzielt. Bei den bekannten Ziehkeilgetrieben mit z. B. Kugeln als Riegelglieder sind, wie schon erwähnt, die Riegelglieder bestrebt, unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft in die Kugeltaschen de3 schaltbaren Rades einzudringen. Um die Möglichkeit des ungewollten Eindringens der Riegelglieder in die Kugeltaschen zeitlich so kurz wie möglich zu machen, sind die Kugeltaschen im rechtwinklig zur Längsachse liegenden Querschnitt so gestaltet, dass sie den im gekuppelten Zustand in ihr sitzenden Teil des Riegelgliedes eng umschliessen.
Diese das Riegelglied eng umschliessenden Kugeltaschen haben aber den grossen Nachteil, dass beim Schalten dem Riegelglied nur die sehr kurze Zeit des Vorbeilaufs an der engen Kugeltasche zum Eindringen in dieselbe zur Verfügung steht. Wenn der Schaltvorgang, durch die Axialbewegung des Ziehkeiles in dem Augenblick beginnt, in dem die zu schaltende, also radial zu verschiebende Kugel eben unter einer Kugeltasche vor-
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Kugeltasche nimmt das Riegelglied auf. Das gibt Störungen in der Schaltbewegung des Ziehkeiles, schädliche Beanspruchungen der Kugeln und Kugeltaschen und Geräusche.
Da durch die Erfindung die Riegelglieder an jeder ungewollten Radialbswegung aber die Oberfläche der Schaltwelle hinaus gehindert sind, besteht keine Notwendigkeit mehr, die Kugeltaschen in der Drehrichtung kurz zu halten, sondern die erwähnten Nachteile dieser in Drehrichtung kurzen Kugeltaschen können dadurch beseitigt werden, dass die Kugeltaschen in der Drehrichtung so lang wie möglich sind.
Durch diese in Drehrichtung verlängerten Kugeltaschen und der damit verbundenen Verkürzung des Steges, der von dem zwischen den Kugeltaschen liegenden zylindrischen Teil der Bohrung gebildet ist, wird die Sicherheit vergrössert, dans jedes Riegelglied, z. B. Kugel, bei Beginn des Schaltvorgangs einer Kugeltasche gegenübersteht und ohne Hemmung in diese eintreten kann. Dadurch wird der Schaltvorgang geräusch : os und stossfrei.
Bei bekannten Zahnradgetrieben mit der in Rede stehenden Ziehkeilschalmng, bei denen die auf die Riegelglieder wirkende Fliehkraft durch Federbelastung ausgeschaltet wird, sind auch-in der Drehrichtung-lange Taschen im schaitbaren Rad vorgesehen.
Im Gegensatz zu dieser Ausführungsart, bei der die Riegelglieder immer untei Federbela- stung stehen, wird gemäss der Erfindung die Fliehkraft nur bei (Jen nicht in Schaltstellung befindlichen Riegelgliedern ausgeschaltet, so dass das Verschieben derselben in die Leerlauf- und in die Kuppelstellung mit Unterstützung der Fliehkraft bewirkt wird.
Dadurch ist die vom Ziehkeil zu leistende Schaltarbeit geringer und das Eindringen des Riegelgliedes in die Kugeltasche erfolgt schneller und elastischer als bei der bekannten Vorrichtung, bei der der Ziehkeil bei Verschieben des Riegelgliedes in die Kuppelstellung einen Teil der Federbelastung überwinden muss.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen : Fig. l einen Ziehkeil in Leerlaufstellung zu beiden Kugelpaaren ; Fig. 2 einen Querschnitt längs der Schnittlinie 11/11 in Fig. l ; Fig. 3 einen Ziehkeil in Schaltstellung ; Fig. 4 einen Querschnitt längs der Schnittlinie IV/IV in Fig. 3 ; Fig. 5 einen Ziehkeil in Leerlaufstellung zu beiden Kugelpaaren mit einem Stift als fliehkraftsicherndes Zwischenglied ; Fig. 6 einen Ziehkeil in Schaltstellung bei der Ausführungsart gemäss Fig. 5 ; Fig. 7 einen Querschnitt längs der Schnittlinie VII/VII in Fig. 6 ; Fig. 8 einen Längsschnitt durch eine Schaltwelle mit zwei schaltbaren Rädern mit langen Kugeltaschen ; Fig. 9 einen Querschnitt längs der Schnittlinie IX-IX in Fig. 8 ;
Fig. 10 den Querschnitt durch ein elektromagnetisch schaltbares Vierganggetriebe mit der erfindungsgemässen Einrichtung.
Die in den Fig. l und 3 dargestellten Längsschnitte zeigen den Ziehkeil 1 und die Schaltwelle 2, in deren Bohrung der Ziehkeil axial verschiebbar geführt ist. In der Schaltwelle 2 sitzen in radialen Bohrungen die Kugeln 3 und 4. Jede der beiden Kugeln dient zur Kupplung eines der auf der Schaltwelle drehbeweglich sitzenden Getrieberäder 20 und 21. Für eine Schallwelle sind, wie an sich bekannt, mehrere
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ZwischenSchaltwelle 2 ein axial verschiebliches Zwischenglied 5, das gemäss dem in Fig. 1-4 dargestellten Ausfüh- rungsoeispiel aus einer Büchse 5 besteht, die die Schaltwelle vollkommen ummantelt.
Diese Büchse 5 ist so lang, dass bei Leerlauf beider Schaltstellen (Fig. l) die Kugelpaare 3 und 4 nicht über die Oberfläche dieser Zwischengliedbüchsen hinaustreten können, so dass die auf der Büchse 5 umlaufenden Schalträder 20 und 21 die Kugeln nicht berühren. Wird ein Kugelsatz, z. B. Kugel 3, vom axial verschobenen Ziehkeil in Schaltstellung gebracht, wie Fig. 3 zeigt, dann wird das Zwischenglied 5 von den radial nach aussen gedrückten Kugeln gegen die ändern Kugeln 4 geschoben, so dass diese Kugeln zwischen dem Schaft des Ziehkeiles und der Innenwand des Zwischengliedes 5 gehalten werden.
Wird der Ziehkeil von seiner Schaltstellung in Fig. 3 wieder in die Leerlaufstellung (Fig. l) geschoben, dann werden die Kugeln 3 von den Kugeltaschen des zugehörigen Getrieberades nach innen gedrückt und die Kugeln 4 bewegen sich unter der Wirkung der Zentrifugalkraft nach aussen und verschieben dabei das Zwischenglied 5 wieder in die Mittelstellung gemäss Fig. l, in der es durch die gleichgrossen Zentrifugalkräfte beider Kugeln bzw. Kugelsätze 3 und 4 gehalten wird.
Diese als Büchsen ausgebildeten, axial verschiebbaren Zwischenglieder 5 können aus Lagermetall hergestellt sein und dienen dadurch gleichzeitig als Lagerung für die kuppelbaren Getrieberäder. Seitlich der beiden Schaltstellen können zur Vereinfachung der Fertigung und der Montage gleichartige Büchsen 22 vorgesehen sein. Sind statt zwei, drei oder mehr Kugelsätze in der Schaltwelle, dann ist zwischen jedem Kugelsatzpaar ein verschiebbares Zwischenglied 5 vorgesehen.
An Stelle der die Schaltwelle vollkommen ummantelnden Büchsen 5 können für jedes Kugelpaar zweier Schaltstellen je ein zur Schaltwelle axial verschiebbarer Keil oder Stift 15 vorgesehen sein, wie Fig. 5-7 zeigen.
Die Stifte 15 sind in Aussparungen oder Nuten der Schaltwelle 2 gelagert. Ihre Wirkungsweise ist die gleiche wie die der oben beschriebenen Büchse 5 (Fig. 1-4). Die Stifte haben als Sicherung der Riegelglieder gegen die Fliehkraft gegenüber der Büchse 5 den Vorteil, dass sie leichter beweglich sind.
In Fig. 8 und 9 ist die besondere Form der Kugeltaschen dargestellt.
Auf der Schaltwelle 2 sitzen zwei schaltbare Getrieberäder 7 und 8. In den radialen Bohrungen der Schaltwelle liegen radial beweglich die Riegelglieder, nämlich die Kugeln 4 für die eine Schaltstelle und die Kugeln 3 für die andere Schaltstelle, zwischen denen die oben beschriebenen, axial verschiebbaren Glieder in Form einer Büchse 5, oder Stifte 6 auf bzw. in der Schaltwelle 2 gelagert sind.
In der Bohrung der Getrieberäder 7 und 8 befinden sich die Kugeltaschen 9.
Diese Kugeltaschen sind, wie Fig. 9 zeigt, wesentlich länger als der Querschnitt des sich darin einlegenden Teiles der Kugel 3 bzw. 4. Die von der Getrieberad-Bohrung gebildeten Stege 10 zwischen den Kugeltaschen 9 sind, in der Drehrichtung gesehen, sehr kurz. Die mit der Schaltwelle 2 umlaufenden Kugeln haben also umsomehr Zeit und Gelegenheit durch die Axial-Bewegung des Ziehkeiles 1 in die Kugeltaschen 9 einzutreten, je länger dieselben sind und je kürzer der Steg 10 ist. Damit durch die kurzen Stege 10 die Lauffläche des Getrieberades 7 bzw. 8 nicht zu klein wird, ist jedes Getrieberad über Lauf- ringe 11 auf der Schaltwelle gelagert, die sich, wie Fig. 8 zeigt, seitlich der Kugeltaschen 9 befinden.
Der Übergang der Kugeltaschen 9 zum Steg 10 kann abgerundet sein oder tangential zum Kugelkreis verlaufen.
Ein Beispiel für die Anwendung der erfindungsgemässen Sicherung der Riegelglieder in Ziehkeilgetrieben gegen ungewollte, durch die Fliehkraft erzeugte Bewegungen zeigt Fig. 10. Das dargestellte Getriebe ist ein Vierganggetriebe mit zwei Schaltwellen 2,2', von denen jede je zwei schaltbare Räder 25, 26 bzw. 27,28 und je zwei fest auf ihr sitzende Räder 29,30 bzw. 31, 32 trägt.
Jede der Schaltwellen 2 und 2'hat eine zentrale Bohrung, in der je ein Ziehkeil 1 bzw. l'axial verschiebbar gelagert ist. Die Schaltwelle 2 steht mit dem Antrieb in Verbindung ; an die Schaltwelle 2' ist der Abtrieb angeschlossen. Zur Lagerung der Schaltwellen 2 und 2'im Getriebegehäuse 33, welches mehrteilig ist,. dienen Kugellager 34,35, 36 und 37. Die axiale Verschiebung der Ziehkeile 1 und 1' wird von vier Magnet-Spulen 38,39, 40 und 41 erzeugt, die im Getriebegehäuse 33 so gelagert sind, dass zwei (38 und 39) zum Ziehkeil l und die beiden andern (40 und 41) zum Ziehkeil l'gleichachsig sind.
Auf dem verlängerten Schaft la und l'a jedes Ziehkeiles ist ein Magnetkern 42 bzw. 42'befestigt, der von den Magnetspulen beeinflusst die Verschiebung des Ziehkeiles erzeugt. Die Magnetspulen können durch zweckmässige elektrische Schaltanlagen so unter Strom gesetzt werden, dass aus der Leerlaufstellung in jeden Gang und aus jedem Gang in jeden beliebigen andern Gang geschaltet werden kann.
In der Zeichnung ist die Leerlauf-Stellung dargestellt. Jeder Ziehkeil kann mit seinem Kopf zwei schaltbare Räder kuppeln.
Die Schaltwelle 2 führt mehrere auf den Umfang verteilte radial verschiebbare Kugeln 3 für das Kuppeln des Rades 25 und Kugeln 4 für das Rad 26. Bei der andern Schaltwelle 2'ist das Rad 27 mittels
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der Kugeln 3'und das Rad 28 mittels der Kugeln 4' kuppelbar. In Leerlaufitellung steht der Kopf der Ziehkeile 1 und l'zwischen seinen beiden Kugelsatzen 3, 4 bzw. 3', 4', Zwischen jedem Kugelpaar 3,4 bzw. 3', 4' von zwei Kugelsätzen ist ein axial verschiebbarer Stift 15 bzw. 15'in der zylindrischen Aussenwand der Schaltwellen 2 und 2'gelagert.
Durch diese Stifte 15 und werden, wie schon beschrieben, alle Kugeln in jeder Schaltstellung so in ihrer jeweiligen Stellung genalten, dass sie keine störenden und schädlichen Bewegungen ausführen können.
Über die Stifte 15 bzw. 15'ist eine Büchse 43 bzw. 43' gesteckt, die auf der Schaltwelle schwimmend lagert. Der über der Büchse 43 und 43'lagernde Teil der schajtbaren Ra eIer 25 bzw. 28 stutzt sich über Nadellagern 44 bzw. 44'gegen diese Büchse ab.
Die erfindungsgemässe Sicherung gegen die geräuschverursachende, schädliche Wirkung der Fliehkraft eignet sich vorteilhaft für jedes Getriebe jeder Konstruktion und Gangzahl, werj : die Schaltung der Räder von Ziehkeilen erzeugt wird, die mittels der Fliehkraft unterworfenen Riegelgtiedern das Kuppeln der schaltbaren Räder bewirken.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Ziehkeil-Schaltgetriabe mit Riegelgliedern, die vom Ziehkeil in die Kupplungsstellung gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Riegelgliedern (3 bzw. -1) zweier Schaltstellen ein axial verschiebliches Glied vorgesehen ist, welches die Riegelglieder unter Mrn Schaltwellendurchmesser hält, wenn die Riegelglieder beider Schaltstellen nicht geschaltet sind und bei radialer Verschiebung der Riegelglieder einer Schaltstelle durch den Ziehkeil (1) eine axiale Bewegung gegen die Riegelglieder der andern Schaltstelle ausübt und dadurch diese Riegelglieder radial nach innen druckt, wobei das Zwischenglied ein die Schaltwelle vollständig ummantelnder Ring (5) ist, dessen Stirnseiten, die an den Kugeln anliegen, in zweckmässigem Winkel abgeschrägt sind,
oder für jedes Riegelgliedpaar zweier Schaltstellen ein in der Schaltwelle (2) geführter Stift (15,6) oder Keil als Zwischenglied vorgesehen ist.