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Zahnräderwechselgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge Die Erfindung
betrifft ein Zahnräderwechselgetriebe, das besonders an den Arbeitsmaschinen mit
Vorteil verwendet werden kann, die eine vielseitige Schaltung mit möglichst kurzer
Schaltzeit verlangen; das sind aber vor allem die Kraftfahrzeuge mit vielen Geschwindigkeitsgängen,
wie z. B. die Ackerschlepper.
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Beim Wechselgetriebe nach der Erfindung wird, um das Schalten ohne
vorherige Kupplungsbetätigung ausführen zu können, eine an sich bekannte Anordnung
gewählt, bei der die Antriebswelle mit der Abtriebswelle parallel liegt, wobei ein
auf der Abtriebswelle angeordneter Zahnradsatz mit dieser fest verkeilt ist, während
die auf der Antriebswelle lose angeordneten Zahnräder mit diesen ständig im Eingriff
stehen. Um jeweilig eines der losen Räder mit der Antriebswelle fest zu verbinden,
sind diese, wie ebenfalls bekannt, mit ringförmigen, konisch zusammenlaufenden Nuten
versehen, in die Keile eingedrückt werden, die in Scheiben geführt sind, die mit
der Antriebswelle fest verbunden sind. Die Bewegung der Keile erfolgt in radialer
Richtung, und zwar, wie beim Anpressen der Scheiben bei Kupplungen zuweilen üblich,
durch hydraulischen Druck, zwecks Herstellung des Kraftschlusses. Wird dieser Druck
aufgehoben, so lösen sich die Keile aus der Nut bei drehender Antriebswelle selbsttätig
durch die Fliehkraftwirkung.
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Um die Reibflächen genügend groß halten zu können und so eine Mitnahme
des Zahnrades durch die Haftkraft zu erreichen, die mindestens ebenso groß ist wie
die Festigkeit eines einzelnen Zahnes desselben, werden die Scheiben mit den Keilen
bei kleineren Zahnrädern nicht innerhalb, sondern neben dem Zahnrad angeordnet und
können dann bei Bedarf einen größeren Durchmesser erhalten als das Zahnrad.
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Die Druckflüssigkeit wird durch die hohle Antriebswelle den Scheiben
zugeführt durch Verwendung eines in der Antriebswelle gleitbaren Druckrohres, dessen
Flüssigkeitsaustrittsstelle durch zwei Kolben abgegrenzt ist, die gegenüber der
Bohrung der Hohlwelle abdichten. Der Abstand dieser Kolben voneinander ist ebenso
groß oder doch fast ebenso groß wie der Abstand der Ölzuflußbohrungen zweier benachbarter
Scheiben. Dadurch wird erreicht, daß beim Schalten eine Unterbrechung des Kraftflusses
kaum eintritt.
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Dieses Zahnräderwechselgetriebe nach der Erfindung zeichnet sich gegenüber
bekannten Getrieben, besonders bei großer Stufenzahl, durch einfache Bauart aus
und ermöglicht es z. B. dem Fahrer eines Fahrzeuges, mühelos und schnell den entsprechenden
Gang zu wählen, indem er den Schalthebel bloß um so weiter nach vorn drückt, je
höher die Geschwindigkeit sein soll, oder nach rückwärts zieht, wenn diese zu verkleinern
ist, bis zum Rückwärtsgang. Da die Keile in der Nut nicht schlagartig eindringen,
sondern deren Druck erst bei vollem Flüssigkeitsdruck auf den Größtwert ansteigt,
ist die Schaltung auch weich und schont die Zahnräder. Besonders bei Schleppern,
die oft von wenig ausgebildetem Bedienungspersonal gefahren werden, ergibt sich
dadurch und wegen des Fortfalls der Notwendigkeit, beim Schalten auch den Kupplungshebel
zu betätigen - die Kupplung kann ganz fortfallen -, eine Fahrerleichterung und somit
auch eine Herabsetzung der Unfallgefahr. Die Notwendigkeit einer zusätzlichen Hydraulik
ist allerdings gegeben, doch fällt das besonders bei Schleppern kaum mehr ins Gewicht,
da diese ja meist schon zur Betätigung der Ackerschienen hydraulische Vorrichtungen
und somit die Ölpumpe bereits besitzen.
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Ein weiterer Vorteil dieses Getriebes besteht darin, daß Konstruktionsteile,
also Scheiben, Keile usw., für alle Räder gleich sind und darum in Serie gefertigt
werden können, da ja das Antriebsdrehmoment gleich bleibt, wenn auch das Abtriebsdrehmoment
von Gang zu Gang wechselt.
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Der Schalthebel muß nicht als Handhebel ausgebildet sein, sondern
kann auch aus einem Pedal bestehen.
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Zur Erläuterung des Zahnräderwechselgetriebes nach der Erfindung an
einem Beispiel dient die Zeichnung, die in der Darstellung vereinfacht und schematisch
ist.
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Fig. 1 zeigt eines der Antriebszahnräder im Längsschnitt; Fig. 2 zeigt
den Schnitt A-A zu Fig. 1; Fig.3 zeigt den Längsschnitt durch ein Getriebe mit solchen
Antriebsrädern mit vier Vorwärts- und einem Rückwärtsgang;
Fig.4
zeigt die Schaltanordnung für ein solches Getriebe an einem Fahrzeug.
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In der hohlen Antriebswelle 1 gleitet längs beweglich das durchbohrte
Druckrohr 1 mit dem Ölkanal 3. Die Kolben 4 und 5 dichten die Ölaustrittsöffnung
nach beiden Seiten ab. Auf der Antriebswelle 1 ist durch das Kugellager 6 die Nabe
7 gelagert und auf dieser das Zahnrad 8 aufgezogen. Durch den Ringkanal 9 kann das
Drucköl die aufgepreßte Scheibe 10 an der Bohrung 11 durchströmen. Dieses tritt
dann in den Ringkanal 13 ein und drückt auf den Gummiring 14. Dadurch werden die
Keile 15 radial nach innen gepreßt, wodurch die Drehbewegung auf das Zahnrad 8 übertragen
wird.
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Befindet sich die Antriebswelle 1 in schneller Drehung, so werden
die Keile 15 durch Fliehkraft nach außen gepreßt, und die Kupplung ist gelöst. Schiebt
man dagegen das Druckrohr 2 in die in Fig. 1 gezeichnete Position, so werden die
Keile 15 sehr fest nach innen gedrückt, und der Kraftschluß ist hergestellt.
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Alle Einzelteile sind leicht herzustellen. Bei der Montage werden
zunächst das Kugellager 6 und die Scheibe 10 auf die erwünschte Stelle der Antriebswelle
1 geschoben und letztere durch nicht eingezeichnete Keile gesichert. Dann werden
die Keile 15 von links in die Aussparungen der Scheibe 10 geschoben und darauf der
Gummiring 14, der besser ein U-Profil hat, aufgelegt und dann die Überwurfmutter
12 angezogen. Dann wird das Zahnrad 8 auf die Nabe 7 gepreßt und gegen Verschiebung
und Verdrehung z. B. durch Schrauben gesichert.
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Darauf erfolgt die Montage der benachbarten Scheibe evtl. mit Verwendung
eines Zwischenringes in gleicher Art usw., bis alle Antriebsräder der Größe nach
abgestuft auf die Antriebswelle 1 aufgezogen sind. Die Keile 15 können an ihrem
äußeren Umfang kreisbogenförmig abgerundet, wie in Fig. 2 gezeichnet, oder auch
flach sein.
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Im ersten Falle sind die Keile bei nicht drehender Welle 1 durch die
Gummispannung etwas angezogen, das Fahrzeug also bei stehendem Motor automatisch
abgebremst. Der Druckölverbrauch ist minimal, da kaum Öl auslecken kann und der
Ringkanal 13 bei der Schaltung durch die Fliehkraft auch mit Öl gefüllt bleibt.
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Das Rad 8 ist ausgekuppelt, bis das Druckrohr so weit herangeschoben
ist, daß der Ringkanal 9 Öl erhält. Der Abstand zwischen den Kolben 4 und 5 wird
nun so groß gewählt, daß das Rad eingekuppelt wird, während das vorhergehende Rad
eben gerade auch noch unter Druck steht. Dabei gleiten die Keile 15, die z. B. aus
Bronze bestehen, zwar etwas, jedoch ist dadurch der Kraftfluß während des ganzen
Kupplungsvorganges aufrechterhalten. Man kann aber den Abstand der Kolben 4 und
5 auch kürzer halten, so daß der Kraftfluß beim Kuppeln für den Bruchteil einer
Sekunde unterbrochen ist.
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Das Getriebe besteht, wie z. B. Fig. 3 zeigt, aus einer Reihe der
geschilderten Antriebsräder nach Fig. 1 und 2, die jedoch verschiedene abgestufte
Durchmesser aufweisen.
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Im Gehäuse 16 sind mit der geschilderten Kupplungseinrichtung 17 versehene
Zahnräder 18 bis 21 auf der Antriebswelle 1 aufgezogen. Dagegen sind auf der Abtriebswelle
22 die Abtriebszahnräder 23 bis 26 fest aufgekeilt. Diese Abtriebswelle 22 trägt
für den Rückwärtsgang außerdem noch das Zahnrad 27, das über das Ritzel 28 vom Zahnrad
29 angetrieben wird. Das Wellenende der Abtriebswelle 22 ergibt die Zapfwelle 30,
die fahrgeschwindigkeitsabhängig ist, und die Antriebswelle 1 die Zapfwelle 29,
die in ihrer Drehzahl von der Fahrgeschwindigkeit unabhängig ist.
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Es ist nicht nötig, die Kupplung immer innerhalb des Zahnrades unterzubringen,
sondern sie kann, wie beim Zahnrad 21 gezeigt, auch daneben angeordnet werden. Man
kann somit sehr große Übersetzungsverhältnisse einführen, und ein Übersetzungsbereich
von 1 bis 25 ist mit verhältnismäßig kleinen Zahnrädern erreichbar. Mehr wird aber
selbst bei Schleppern nicht benötigt. Werden zwei der geschilderten Getriebe in
Serie geschaltet, so erweitert sich der Übersetzungsbereich nach der geometrischen
Reihe; zwei Getriebe mit je einem Übersetzungsbereich von 1 : 25 ergeben eines von
1 : 625.
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Das Getriebe kann z. B. am Fahrzeug, wie Fig. 4 zeigt, angeordnet
sein. Es erhält dann noch zwei Zahnräder 31 und 32 (der Übersichtlichkeit wegen
außerhalb des Gehäuses gezeichnet), das Stopfbüchsenrohr 33 und die Pumpe für das
Drucköl 34, die auf der Motorwelle liegt. Durch den Schalthebel 26, der aber
auch ein Pedal sein kann, wird in der Kulisse 37 je nach Wunsch durch Einrastung
die Geschwindigkeit IV für den schnellsten Gang oder III, II und I für die langsamen
Gänge oder R für den Rückwärtsgang eingestellt. Zwischen Rückwärtsgang und Gang
I ist zweckmäßig noch eine Stellung für Freilauf vorgesehen. Zwischen dem Stopfbüchsenrohr
33 und dem Ölansaugrohr 38 ist, wie bei Pumpen üblich, ein bei Überdruck öffnendes
Umlaufventil vorgesehen. Wird dieses in der offenen Stellung von außen her fixiert,
so ist der Motor entkuppelt. Die übliche Kupplung wird also nicht mehr benötigt,
was den Preis des Fahrzeuges erheblich verbilligt.
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Es ist verständlich, daß bei dieser Anordnung auch eine sehr große
Stufenzahl leicht hergestellt und einfachgeschaltet werden kann. Dieses Getriebe
ersetzt darum in vielen Fällen ein stufenloses hydraulisches Getriebe, ist aber
einfacher und billiger und hat einen viel besseren Wirkungsgrad, z. B. 97 statt
80°/o.