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Die Erfindung betrifft ein mehrstufiges Getriebe mit mehreren an der Mantelfläche eines drehbar gelagerten Kegelstumpfes in Normalebenen zur Kegelstumpfachse angeordneten, unterschied- liche Zähnezahlen aufweisenden Zahnkränzen, die wahlweise mit einem auf einer ersten, parallel zu einer Erzeugenden des Kegelstumpfes verlaufenden Welle mittels eines Schiebeteiles verschieb- bar, jedoch drehfest gelagerten Zahnrad in Eingriff bringbar sind, wobei wenigstens zwei
Zähne sämtlicher Zahnkränze über in Richtung einer Erzeugenden verlaufende, das Zahnprofil aufweisende Schienen miteinander verbunden sind.
Es sind bereits Schaltgetriebe bekannt, bei welchen zur Veränderung der Drehzahl zwischen
Antriebswelle und Abtriebswelle ein mit einer dieser Wellen verbundenes Zahnrad wahlweise mit verschiedenen, unterschiedliche Zähnezahlen aufweisenden und mit der andern Welle drehfest verbundenen Zahnrädern in Eingriff bringbar ist. Derartige Getriebe ermöglichen aber keine unter Last schaltbare Änderung der Drehzahl.
Es sind auch Schaltgetriebe der eingangs beschriebenen Art bekannt. Bei diesen wird das auf der ersten Welle verschiebbar, jedoch drehfest gelagerte Zahnrad mittels einer auf einer parallel zu dieser ersten Welle angeordneten Stange verschiebbar gelagerten Gabel bewegt.
Die Verschiebung dieser Gabel erfolgt mittels einer Zahnstange durch manuelle Betätigung eines
Hebels und kann somit nur bei Stillstand des Getriebes vorgenommen werden, wenn das durch die Gabel verschiebbare Zahnrad eine entsprechende Lage gegenüber dem Kegelstumpf einnimmt.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, ein mehrstufiges Getriebe zu schaffen, das einfach in seinem Aufbau ist, da es mit konventionellen Zahnrädern bzw. Zahnkränzen arbeitet, jedoch eine Änderung der Drehzahl unter Last ermöglicht. Zur Lösung dieser Aufgabe wird, ausgehend von einem mehrstufigen Getriebe der eingangs beschriebenen Art, vorgeschlagen, dass dem Schiebeteil zwei in entgegengesetzten Richtungen wirksame Mitnehmer (Klinken) zugeord- net sind, welche wechselweise von einer vom Kegelstumpf mit gleicher Drehzahl antreibbaren
Steuertrommel jeweils in einer Stellung betätigbar sind, in der das Zahnrad mit einem der über die Schiene untereinander verbundenen Zähne der Zahnkränze in Eingriff steht.
Durch die erfin- dungsgemässe Ausbildung des Getriebes wird sichergestellt, dass die Verschiebung des Zahnrades zu einem Zeitpunkt erfolgt, zu welchem ein Übergang von einem Zahnkranz zum benachbarten
Zahnkranz über die Zähne der die Zahnkränze untereinander verbindenden Schiene möglich ist.
Die Zahnkränze können entweder als Innenzahnkränze auf der inneren Mantelfläche des Kugelstumpfes oder als Aussenzahnkränze auf der äusseren Mantelfläche des Kegelstumpfes in Normalebenen auf die Kegelstumpfachse angeordnet sein. In jedem Fall ergeben sich entsprechend dem jeweiligen Durchmesser der Zahnkränze verschiedene Zähnezahlen und daher verschiedene Übersetzungverhältnisse.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der Schiebeteil aus einem auf der ersten Welle in Achsrichtung verschiebbar, jedoch unverdrehbar angeordneten Schieberohr. Auf diese Weise kann durch Verschieben des Schieberohres auf der ersten Welle das Zahnrad von einer Lage, in der es mit einem Zahnkranz in Eingriff steht, in eine Lage gebracht werden, in der es in die Zähne des benachbarten Zahnkranzes eingreift, wobei durch die Schaltvorrichtung, welche mit dem Schieberohr in Wirkverbindung steht, der richtige Schaltzeitpunkt gewährleistet ist.
Zweckmässig ist jede der beiden Klinken auf einem in Verschieberichtung des Schieberohres bewegbaren, vorzugsweise einen Rotationskörper bildenden Lagerteil schwenkbar gelagert und wirkt mit Ausnehmungen oder Vorsprüngen am Schieberohr zusammen, wobei die eine Klinke eine Verschiebung des Schieberohres in der einen und in die andere eine Verschiebung des Schieberohres in der entgegengesetzten Richtung bewirkt. Dadurch wird eine schrittweise Verschiebung des Schieberohres in der gewünschten Richtung erzielt, u. zw. durch entsprechend der Anordnung der Ausnehmungen oder Vorsprünge um einen Betrag, der dem Mittelabstand zwischen zwei benachbarten Zahnkränzen entspricht.
Eine einfache Anordnung ergibt sich dann, wenn die Lagerteile auf einer am Schieberohr anliegenden Führung, vorzugsweise auf einem das Schieberohr umschliessenden Führungsrohr, in Richtung der Schieberohrachse bewegbar abgestützt sind, wobei die Führung Langschlitze
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zum Hindurchtreten der Klinken aufweist. Dieses Führungsrohr kann erfindungsgemäss mit Anschlä- gen für die Lagerteile versehen sein, wobei die Lagerteile durch wenigstens eine Feder od. dgl. in Richtung auf die Anschläge belastet sind.
Dadurch werden die Lagerteile immer in einer
Endstellung gehalten, wobei dann, wenn eine Verschiebung des ersten Zahnrades zwecks Änderung des Übersetzungsverhältnisses erfolgen soll, einer der Lagerteile entgegen der Kraft der Feder entlang des Führungsrohres bewegt wird und dadurch mittels der Klinke eine Verschiebung des
Schieberohres bewirkt, so dass das erste Zahnrad gleichfalls verschoben wird, anschliessend jedoch bei in der neuen Lage verbleibendem Schieberohr der Lagerteil durch die Kraft der Feder od. dgl. wieder in seine Ruhelage zurückkehrt.
Zur Bewegung der Lagerteile weisen diese erfindungsgemäss Hubnocken auf, denen wahl- weise in die Bahn der Hubnocken bringbare Anschläge zugeordnet sind, welche an der vom
Kegelstumpf antreibbaren Steuertrommel angeordnet sind. Werden somit durch entsprechende Schalt- massnahmen die Anschläge in die Bahn der Hubnocken gebracht, so wirken diese Anschläge zu einem solchen Zeitpunkt mit den Hubnocken zusammen und bewirken dadurch eine Verschiebung der Lagerteile, an welchem Zeitpunkt sich das erste Zahnrad in der erforderlichen Lage in bezug auf die Schienen befindet.
Eine zweckmässige Ausführungsform des erfindungsgemässen Getriebes ergibt sich dann, wenn die Hubnocken am Umfang der Lagerteile angeordnet sind und wenn die Steuertrommel die Lagerteile umgibt. Werden die auf der rotierenden Steuertrommel angeordneten Anschläge in die Eingriffslage verschoben, so ist, da ja die Steuertrommel vom Kegelstumpf angetrieben ist, bei entsprechender Anordnung der Lage der Anschläge auf der Steuertrommel sichergestellt, dass diese Anschläge mit den Hubnocken zu einem Zeitpunkt in Berührung gelangen, an welchem sich das erste Zahnrad in der für dessen Verschiebung erforderlichen Lage befindet.
Soll eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses vorgenommen werden, muss somit eine
Verschiebung der Anschläge eingeleitet werden, u. zw. bei rotierender Steuertrommel, auf der die Anschläge angeordnet sind. Um dies auf einfache Weise zu bewerkstelligen, sind erfindungs- gemäss die Anschläge von zwischen einer mit den Hubnocken zusammenwirkenden Eingriffslage und einer Ruhelage radial verschiebbaren Zapfen gebildet, die vorzugsweise durch eine Druckfeder in Eingriffsrichtung belastet sind und durch eine beispielsweise elektromagnetisch betätigbare Auslöseklinke in ihrer Ruhelage gehalten sind. Bei dieser Ausführung ist es somit nur erforderlich, die Auslöseklinke zu betätigen, wonach die Zapfen durch die Kraft der Feder in die Eingriffslage verschoben werden.
Das Rückführen der Zapfen aus ihrer Eingriffslage in ihre Ruhelage nach erfolgter Verschiebung der Lagerteile über die Hubnocken kann beispielsweise dadurch vorgenommen werden, dass feststehende, mit einem Ansatz der Zapfen zusammenwirkende Kurvenbahnen vorgesehen sind.
In den Zeichnungen ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels vereinfacht veranschaulicht. Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemässes Getriebe, Fig. 2 stellt vereinfacht das Zusammenwirken zwischen Hubnocken und Zapfen dar, Fig. 3 zeigt in Abwicklung einen Ausschnitt aus zwei benachbarten Zahnkränzen mit den drei Zähne benachbarter Zahnkränze miteinander verbindenden Schienen und Fig. 4 stellt vereinfacht die Verschiebung des ersten Zahnrades von einem Zahnkranz auf einen benachbarten Zahnkranz dar.
Das erfindungsgemässe Getriebe weist einen Kegelstumpf --1-- auf, der in nicht näher dargestellter Weise um seine Achse drehbar gelagert ist. An der inneren Mantelfläche des Kegel- stumpfes --1-- sind Innenzahnkränze --2-- vorgesehen, die in Normalebenen zur Kegelstumpfachse angeordnet sind.
Der Kegelstumpf-l-ist von einer ersten Welle --3-- durchsetzt, die mit einem ersten Zahnrad --4-- drehfest verbunden ist. Die Achse der ersten Welle --3-- verläuft parallel zur Erzeugenden --5-- des Kegelstumpfes, schliesst also mit der Kegelstumpfachse einen spitzen Winkel ein. Das erste Zahnrad --4-- ist auf der ersten Welle --3-- taumelnd angeordnet, d. h., die Ebene dieses ersten Zahnrades --4-- verändert ihre Lage in bezug auf die erste Welle-3derart, dass die Ebene des Zahnrades --4-- immer eine Normalebene zur Kegelstumpfachse ist.
Um dies zu ermöglichen, ist das Zahnrad --4-- auf einem drehfest mit der Welle --3-- ver- bundenen, jedoch verschiebbar auf dieser Welle --3-- angeordneten kugelförmigen Lagerkörper
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- angeordnet, der Ausnehmungen --7-- besitzt, in welche Vorsprünge des Zahnrades --4-eingreifen, so dass die Taumelbewegung des Zahnrades --4-- bei gleichzeitigem Drehantrieb durch die Welle --3-- möglich ist.
Durch Verschieben des Zahnrades --4-- entlang der Welle --3-- kann dieses mit den verschiedenen Innenzahnkränzen --2-- in Eingriff gebracht werden. Da die verschiedenen Zahnkränze entsprechend dem sich vergrössernden Durchmesser des Kegelstumpfes verschieden grosse Zähnezahlen besitzen, erfolgt durch eine Verschiebung des Zahnrades --4-- eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses zwischen der ersten Welle --3--, welche angetrieben wird, und dem Kegelstumpf --1--. Von diesem Kegelstumpf-l-wird die Drehbewegung über einen Aussenzahnkranz - abgenommen, der mit einem zweiten Zahnrad --8-- in Eingriff steht, das mit einer zweiten Welle-9-, der Abtriebswelle, drehfest verbunden ist.
Die Lagerung dieser Abtriebswelle --9-ist gleichfalls nicht dargestellt ; sie ist zweckmässig, ebenso wie die Lagerung der Antriebswelle - -3--, in einem das Getriebe umgebenden Gehäuse vorgesehen.
Um eine Verschiebung des Zahnrades --4-- unter Last vornehmen zu können, sind jeweils
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ausgebildet und über das Zahnprofil aufweisende Schienen --11-- miteinander verbunden, so dass also drei Zähne vom Zahnkranz --2 I -- mit dem kleinsten Durchmesser bis zum Zahnkranz - mit dem grössten Durchmesser durchlaufen (s. Fig. 3). Erfolgt nun eine Verschiebung des Zahnrades --4-- von einem Innenzahnkranz --2-- zu einem benachbarten Innenzahnkranz dann, wenn zu Beginn dieser Verschiebebewegung zumindest ein Zahn des Zahnrades --4-- den ersten Zahn --10-- berührt und am Ende der Verschiebebewegung zumindest ein Zahn des
Zahnrades --4-- den letzten Zahn --10-- des benachbarten Zahnkranzes --2-- berührt, so kann ein Schalten des Getriebes unter Last vorgenommen werden.
Die Bewegung des Zahnrades - ist vereinfacht in Fig. 4 dargestellt, wobei in voll ausgezogenen Linien die Anfangsstellung des Zahnrades --4-- zu Beginn der beschriebenen Bewegung und in strichpunktierten Linien die Endstellung des Zahnrades --4-- am Ende dieser Bewegung eingezeichnet ist.
Um nun die Verschiebung des Zahnrades --4-- im richtigen Augenblick vorzunehmen, ist eine im folgenden näher beschriebene Schaltvorrichtung vorgesehen, welche die Einleitung des Schaltvorganges in Abhängigkeit von der Lage des Kegelstumpfes-l-bewirkt.
Um die Verschiebung des Zahnrades --4-- vorzunehmen, ist dieses am Ende eines Schieberohres --12-- drehbar gelagert, welches auf der Welle --3-- in Achsrichtung verschiebbar, jedoch unverdrehbar angeordnet ist. Das Schieberohr --12-- weist Ausnehmungen --13-- auf, die mit Klinken --15, 16-- zusammenwirken, welche die Verschiebung des Schieberohres --12-- in der später näher beschriebenen Weise bewirken.
Um dieses Schieberohr in jenen Stellungen zu fixieren, in welchen das Zahnrad --4-- mit einem der Innenzahnkränze --2-- in Eingriff steht, ist ein in entsprechende Ausnehmungen des Schieberohres einrastender federbelasteter Stift --14-- vorgesehen, der in der Zeichenebene liegend dargestellt ist, in Wirklichkeit jedoch um 900 um die Schieberohrachse verdreht angeordnet ist, damit er der Bewegung der Klinke --16-- nicht hinderlich ist. Das Schieberohr --12-- ist von einem Führungsrohr --17-- umgeben, welches Langschlitze --18-- aufweist, durch die der Stift --14-- und die Klinken --15, 16-- hindurchgreifen können. Das Führungsrohr ist beispielsweise gleichfalls im Getriebegehäuse festgelegt.
Auf dem Führungsrohr sind in Richtung der Achse des Schieberohres bewegbar, jedoch unverdrehbar rotationssymmetrische Lagerteile-19, 20- angeordnet. Am Lagerteil --19-- ist die Klinke --15-- schwenkbar gelagert, am Lagerteil --20-- die Klinke --16--. Die Lagerteile - -19, 20-- werden durch Federn --21-- gegen Anschläge --22-- an den beiden Enden des Führungs- rohres --17-- gedrückt. Die Federn-21-- sind hiebei über Führungsstifte --23-- geführt, welche am Lagerteil --19-- befestigt und durch Öffnungen im Lagerteil --20-- hindurchgeführt sind.
Am Umfang der Lagerteile --19, 20-- sind Hubnocken-24-- angeordnet, die in Draufsicht in Fig. 2 dargestellt sind. Diese Hubnocken wirken mit Zapfen --25-- als Gegenanschläge zusammen, die in einer die Lagerteile --19, 20-- umgebenden Trommel --26-- vorgesehen sind. Die Trommel --26-- wird über ein einstückig mit dem Kegelstumpf-l-ausgebildetes Tellerrad - von diesem Kegelstumpf-l-angetrieben und dreht sich mit gleicher Drehzahl wie der
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Kegelstumpf --1--.
Es sind vier Zapfen --25-- vorgesehen, von welchen jeweils zwei paarweise mit den Hub- nocken --24-- des Lagerteiles --19-- oder mit den Hubnocken --24-- des Lagerteiles --20-- zusammenarbeiten. Die Zapfen --25-- sind bei der in Fig. 1 gezeigten Stellung des Getriebes oberhalb und unterhalb der Zeichenebene vorgesehen, um jedoch die Anordnung und Funktion dieser Zapfen --25-- ersichtlich zu machen, sind diese Zapfen um 90 in die Zeichenebene hineingedreht dargestellt. Die gezeigte Lage ist die Ruhelage der Zapfen, in welcher diese nicht mit den zugehörigen Hubnocken --24-- zusammenwirken und in welcher daher keine Verschiebung des Zahnrades --4-- und somit keine Veränderung des Übersetzungsverhältnisses erfolgt.
In dieser Ruhelage werden die Zapfen durch eine Auslöseklinke --28-- gehalten, die in eine Ausnehmung --29-- der Zapfen eingreift. Die Zapfen sind aber durch eine Druckfeder --30--
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sie mit den zugehörigen Hubnocken --24-- zusammenwirken. Das Auslösen der Klinke --28-- kann beispielsweis dadurch erfolgen, dass ein Elektromagnet erregt wird, der beim Vorübergleiten der Auslöseklinke --28-- bei der Rotation der Trommel --26-- diese Klinke aus der Ausnehmung --29-- herauszieht, so dass der betreffende Zapfen --25-- durch die Feder --30-- in
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den Hubnocken --24-- des Lagerteiles --19-- zugeordneten Zapfen oder die den Hubnocken --24-des Lagerteiles --20-- zugeordneten Zapfen --25--.
Durch eine elektrische Verriegelung kann verhindert werden, dass alle vier Auslöseklinken gemeinsam ausgelöst werden, was zu einer Zerstörung der Schaltvorrichtung führen würde.
Werden beispielsweise die beiden dem Lagerteil --19-- zugeordneten Zapfen --25--, welche in einer um 90 verdrehten Lage dargestellt sind, in ihre Eingriffslage gebracht, so gelangen diese infolge der Rotation der Trommel --26-- bei entsprechender Anordnung der Zapfen --25-und der zugehörigen Hubnocken --24-- zu einem Zeitpunkt in den Bereich der Anlauffläche
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weiteren Rotation der Trommel --26-- wird der Hubnocken --24-- in die in Fig. 2 strichliert gezeigte Lage verschoben und dadurch auch der Lagerteil --19--. Die Klinke --15-- greift hiebei in eine Ausnehmung --13-- des Schieberohres --12-- ein und schiebt dieses Schieberohr und damit auch das Zahnrad --4-- bei der Darstellung in Fig. 1 nach links, so dass dieses die bereits beschriebene Bewegung ausführt und mit dem Innenzahnkranz --2-- mit einer grösseren Zähnezahl in Eingriff gebracht wird.
Das Schieberohr --12-- wird in dieser Lage durch den Stift --14-- fixiert, der in die nächste Ausnehmung --13-- des Schieberohres --12-- einrastet.
Nachdem der Zapfen --25-- den zugehörigen Nocken --24-- passiert hat, kehrt der Lagerteil - durch die Wirkung der Federn --21-- in seine Ruhelage zurück, in der er am Anschlag - anliegt. Desgleichen werden durch am nicht dargestellten Gehäuse ortsfest angeordnete Kurvenbahnen --32--, welche mit einem Ansatz --33-- der Zapfen --25-- zusammenwirken, diese Zapfen wieder in ihre Ruhelage zurückgezogen, in der sie durch die Auslöseklinken --28-- gehalten werden.
Die an den Lagerteilen --19-- gelagerten Klinken --15-- dienen dazu, das Zahnrad--4-in Fig. 1 der Zeichnungen von rechts nach links zu verschieben, also jeweils immer mit einem benachbarten Zahnkranz grösserer Zähnezahl in Eingriff zu bringen. Durch die beiden andern Zapfen --25-- wird der Lagerteil --20-- in Fig. 1 der Zeichnungen von links nach rechts verschoben, so dass über die Klinke --16-- auch das Schieberohr --12-- und damit auch das Zahnrad - von links nach rechts verschoben wird, also von einem Innenzahnkranz --2-- mit grö- sserer Zähnezahl zum benachbarten Innenzahnkranz geringerer Zähnezahl.
Wesentlich ist, dass die Verschiebung des Zahnrades --4-- in einer Zeit erfolgt, in welcher das Zahnrad --4-- über die Schienen --11-- zum jeweils benachbarten Innenzahnkranz --2-- übergeführt wird. Dies lässt sich jedoch bewerkstelligen. Nimmt man eine Drahzahl der Antriebswelle --3-- mit 2400 min -1 an, so ergibt sich bei einem Übersetzungsverhältnis 1 : 2 für den
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Kegelstumpf --1-- eine Drehzahl von 1200 min -1. d. s. 20 s -1. Dies ergibt für eine Umdrehung eine Zeit von 0, 05 s. Nimmt man an, dass die wirksame Schrägfläche-31-der Hubnocke-24-
1/16 des Umfanges der Trommel --26-- beträgt, so ergibt sich daraus eine Schaltzeit von 0, 05 s : 16 = 3, 1 ms.
In den Zeichnungen ist eine Ausführungsform dargestellt, bei welchen die Zahnkränze - als Innenzahnkränze an der inneren Mantelfläche des Kugelstumpfes-l-vorgesehen sind. Es ist jedoch auch eine Ausführungsform denkbar, bei welcher die Zahnkränze als Aussenzahnkränze sich am Aussenmantel des Kegelstumpfes befinden. In diesem Fall ist zweckmässig das erste Zahnrad in einem am Schieberohr --12-- befestigten Gehäuse drehbar gelagert und steht, vorzugsweise über ein Zwischenzahnrad, mit einem der Aussenzahnkränze in Eingriff, wobei durch Verschiebung dieses Gehäuses und des in diesem gelagerten ersten Zahnrades über das Schieberohr dieses erste Zahnrad bzw. das mit diesem in Eingriff stehende Zwischenrad mit den verschiedenen Aussenzahnkränzen in Eingriff gebracht werden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Mehrstufiges Getriebe mit mehreren an der Mantelfläche eines drehbar gelagerten Kegelstumpfes in Normalebenen zur Kegelstumpfachse angeordneten, unterschiedliche Zähnezahlen aufweisenden Zahnkränzen, die wahlweise mit einem auf einer ersten, parallel zu einer Erzeugenden des Kegelstumpfes verlaufenden Welle mittels eines Schiebeteiles verschiebbar, jedoch drehfest gelagerten Zahnrad in Eingriff bringbar sind, wobei wenigstens zwei Zähne sämtlicher Zahnkränze über in Richtung einer Erzeugenden verlaufende, das Zahnprofil aufweisende Schienen miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass dem Schiebeteil zwei in entgegengesetzten Richtungen wirksame Mitnehmer (Klinken) (15, 16) zugeordnet sind, welche wechselweise von einer vom Kegelstumpf (1) mit gleicher Drehzahl antreibbaren Steuertrommel (26)
jeweils in einer Stellung betätigbar sind, in der das Zahnrad (4) mit einem der über die Schiene (11) untereinan-
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