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Synchronisierung (Gleichlaufeinrichtung) für Zahnrad-Schaltgetriebe
Moderne Zahnradschaltgetriebe werden heute sowohl im Kraftfahrzeugbau als auch bei Eisenbahntriebwagen, Baumaschinen, Werkzeugmaschinen, Automaten usw. in steigendem Masse mit sogenann-
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Schaltvorganges die im neu einzuschaltenden Gang arbeitenden Zahnräder und Wellen vor der Herstel- lung des Formschlusses (Überschaltung) auf gleiche Drehzahl gebracht werden, so dass das Überschalten ohne wesentliche Stossbeanspruchung der kraftübertragenden Teile des Getriebes erfolgt und insbesondere die Klauen der formschlüssigen Kupplung geschont werden.
Im allgemeinen besteht eine Synchronisierung aus drei Teilen : Der Reibungskupplung, der Form- schlusskupplung und einem Sperriegel, der ein Schliessen der Formschlusskupplung nur unter bestimmten
Bedingungen erlaubt und verhindern soll, dass eine Schaltung erfolgt, bevor der Gleichlauf der formschlüssig zu kuppelnden Teile hergestellt ist.
Die bis heute bekannt gewordenen Synchronisierungen gliedern sich in zwei Hauptgruppen :
Die erste Gruppe besitzt einen federbelasteten Riegel, der durch die am Klauenring der Formschluss- kupplung angreifende axiale Schaltkraft weggedrückt wird, wenn diese Kraft die Federspannung übersteigt. Die Bedienung dieser Synchronisierungen setzt ein gewisses Gefühl für die Betätigung voraus. Ein Umstand, der den Einsatz solcher Synchronisierungen in andern als direkt von Hand geschalteten Getrieben ausschliesst.
Die zweite Gruppe, die mit demSammelnamen"Sperrsynchronisierungen"bekannt ist, besitzt einen Riegel, der durch die Trägheitskraft der in Beschleunigung oder Verzögerung befindlichen umlaufenden Massen in seiner Sperrstellung gehalten wird. Ist Gleichlauf der zu kuppelnden Massen erreicht, verschwindet die Trägheitskraft, soferne keine anderweitigen, das ganze System betreffenden Beschleunigungen oder Verzögerungen vorhanden sind, so dass der Riegel ohne wesentlichen Kraftaufwand. weggedrückt und der Formschluss hergestellt werden kann. Treten derartige Beschleunigungen oder Verzögerungen auf, z.
B. bei Fahrzeugen in den unteren Gängen im Gelände, bei Fahrzeugen auf der Strasse in den oberen und unteren Gängen, bei Bergabfahrt u. a., so versagt diese Synchronisierung in der Weise, dass das Fahrzeug im ersten Falle erst nach erfolgtem Stillstand geschaltet werden kann, während es im zweiten Falle durchgeht und bestenfalls mit der Bremse abgefangen werden kann. Es ist in diesem Falle aber auch schon oft vorgekommen, dass - besonders in den unteren Gängen - Getriebe und Kupplung durch Überdrehen zerstört wurden. Ein weiterer Nachteil dieser Synchronisierungen ergibt sich bei sogenannten Mehrgrup- pengetrieben, wenn zwei oder mehr Synchronisierungen zu gleicher Zeit geschaltet werden müssen.
Hier kann es vorkommen, dass die einzelnen Getriebegruppen, die während der Schaltung im Getriebe ohne Anschluss an grössere Massen drehbar sind, in ungeeigneter Weise beschleunigt oder verzögert werden, wodurch dann einer der gleichzeitig arbeitenden Gleichlaufkupplungen eine übergrosse Synchroniserarbeit zugeteilt wird.
Es ist auch noch eine dritte Art von Synchronisierungen bekannt geworden, bei der eine an sich bekannte Gleichlaufkupplung der vorstehend beschriebenen ersten Gruppe in der Weise betätigt wird, dass über ein elektrisch gesteuertes System von Druckluftventilen die Arbeitskolben der Schalthebel in ihrer Bewegung zeitweilig gehemmt werden und so ein Verweilen am "Druckpunkt" der Synchronisierung erreicht wird. Dies ist als Ersatz für das vorbeschriebene notWendige "Gefühl" zu werten, das bei den Synchronisierungen der ersten Gruppe unerlässlich ist.
Die Erfindung betrifft eine vierte, neue Art von Synchronisierungen. Das Wesen der Erfindung be
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steht darin, dass der Riegel unabhängig von einem Federdruck und unabhängig von der Trägheitskraft der beschleunigten oderverzögertenMassen nach einer vorbestimmten Zeit ausweicht und so die Durchführung des Formschlusses zwischen den zu kuppelnden Getriebegruppen erlaubt. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass dieses Sperrglied (Riegel) einen hydraulischen Kolben darstellt.
Dieser Riegel wird direkt oder über Zwischenglieder durch ein flüssiges Medium - in der Regel Öl - mindestens solange in Sperrstellung gehalten, bis der, durch Massenträgheitsmome. nt und Drehzahldifferenz der Getriebegruppen, sowie durch Anpresskraft und Reibwert der Gleichlaufkupplung (Reibungskupplung) eindeutig gegebene Zeitpunkt des Gleichlaufes der zu synchronisierenden Getriebegruppen erreicht ist. Nach oder während dieser Zeit wird dem Medium ein Ausweg freigegeben, der es abströmen lässt, wodurch der Riegel aus der Sperrstellung kommt und der Formschluss z. B. durch Eingriff eines Klauenringes erfolgt.
Durch diese erfindungsgemässe Anordnung werden die Vorteile der bisher bekannten Synchronisierungen wie : Unabhängigkeit von weiterwirkenden Massenträgheitskräften bei der Federriegelsynchronisierung und beliebig hohe Kupplungskräfte bzw. kurze Kupplungszeiten bei der Sperrsynchronisierung vereinigt und deren Nachteile : Unbrauchbarkeit für Schaltungen, bei denen die Schaltkraft P durch Betriebsmittel wie Luft, Öl u. dgl. i erzeugt wird, bei der ersteren, und Versagen bei weiterwirkenden Trägheitskräften nach erreichtem Gleichlauf bei der zweiten ausgeschaltet. Ein geringer Nachteil, nämlich der in manchen Fällen möglicherweise etwas grösseren Schaltzeit gegenüber der Sperrsynchronisierung, der sich daraus ergibt, dass die erfindungsgemäss konstante Schaltzeit nach der grössten vorkommenden Drehzahldifferenz bzw.
Synchronisierarbeit bei in der Regel konstantem Kupplungs-Anpressdruck bemessen werden muss, kann in den meisten Fällen in Kauf genommen werden.
Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemässen zeitkonstanten Gleichlaufkupplung (Synchronisierung) an Hand der Zeichnung erläutert. Es stellen dar : Fig. 1, 2 und 3 eine Synchronisierung für zwei Schaltmöglichkeiten in den drei charakteristischen Stellungen und die Fig. 4,6 und 7 eine andere Synchronisierung für einseitige Schaltung, ebenfalls in den charakteristischen Stellungen, Fig. 5 schliesslich zeigt eine Einzelheit der zweiten Vorrichtung.
Die Fig. 1 zeigt die Synchronisierung in Leerlaufstellung. Der Muffenträger 1 befindet sich in der Mitte zwischen den Rädern 2 und 3 und berührt mit seiner Reibfläche 9 deren Konuskupplungen noch nicht.
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nisierwirkung unbeträchtlichem Druck der Feder 6. in der Raste c des Klauenringes 7 gehalten, der auf dem Muffenträger 1 axial beweglich gelagert ist und bei seitlicher Verschiebung in die Verzahnung 8 des Rades 2 oder 3 eingreift. Die Bohrung a ist mit Öl gefüllt, das durch die Kanäle b ständig nachgefüllt und bei einer gegen innen gerichteten Bewegungstendenz der Kugel 5 durch das Rückschlagventil 4 am Rückströmen gehindert wird.
Zum Erreichen des Gleichlaufes wird zwischen Rad 2 und Welle 11 auf den Klauenring 7 ein Druck P ausgeübt. Durch den Verdrängungswiderstand des Öles in der Bohrung a kommt die Kugel 5 vorerst nicht aus ihrer Raste c im Klauenring 7. Dieser wird samt dem Muffenträger 1 soweit nach links verschoben, bis die Reibflächen der Konuskupplung 9, 10 aufeinander liegen, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Unter dem Einfluss dieser Kupplung wird derGleichlauf von 2 und 11 über 1 hergestellt.
Unterdessen entweicht in einer gewissen Zeit unter dem Druck P', ausgeübt von der Raste c auf die Kugel 5, soviel Öl durch den Spalt zwischen der Kugel 5 und der Bohrung a, dass gleich nach erfolgtem Gleichlauf von 2 und 11 die Kugel 5 in die gezeichnete Stellung gelangt. In diesem Augenblick verschiebt
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endet ist.
Wird wieder in die 0-Stellung nach Fig. 1 geschaltet, strömt durch die Kanäle b unter Druck Öl nach, die Kugel 5 wird durch das Öl und zusätzlich durch die Feder 6 in die Raste c gedrückt, das Spiel kann sich wiederholen.
Bei einer zweiten Ausführungsart muss der Riegel 5 - hier ein zylindrischer Körper-nicht während seines ganzen Weges den Gegendruck der Sperrflüssigkeit überwinden. In Fig. 4 ist diese Vorrichtung wieder in Leerlaufstellung gezeichnet und in Fig. 5 der Riegel 5 vergrössert dargestellt.
Bei Anpressen durch die Schaltkraft P erfolgt wie zuvor eine Bewegung des Muffenträgers 1 bis zum Anliegen der Kupplungskegel 9 und 10. Während dieser Zeit findet ein Verdrängen der Sperrflüssigkeit aus der Bohrung a durch die enge Bohrung d des Riegels 5 statt. Bei der in Fig. 6 dargestellten Stellung treten die Schlitze e des Riegels. 5 in die Bohrung a ein, und es erfolgt ein rasches Abströmen der Sperrflüssigkeit aus a durch die Schlitze e und ein entsprechend rasches und praktisch gegendruckfreies Überschalten in den Formschluss bei 8 (Fig. 7).
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