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Stirnräder- und Wendegetriebe, insbesondere für Antriebe von Fahrzeugen,
beispielsweise Schienenfahrzeugen Die Erfindung bezieht sich auf ein mit Stirnzahnrädern
ausgerüstetes Wechsel- und Wendegetriebe in Vorgelegebauart.
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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. An
reinen Stufen-Standgetrieben, also ohne Wendeeinrichtung, ist es dabei schon bekannt,
mit einer Mindestzahl von sechs Zahnrädern und drei Getriebewellen vier Übersetzungsstufen
zu erzielen.
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An Stirnräderwechsel- und Wendegetrieben, mit denen also eine Änderung
sowohl der Übersetzung als auch der Abtriebsdrehrichtung bewirkt wird, hatte man
dagegen die vorgenannte äußerste Grenze - also nur drei Wellen mit sechs Zahnrädern
bei vier Gängen - bis jetzt noch nicht erreicht. Die bislang bekannten Wechsel-
und Wendegetriebe in Vorgelegebauart weisen vielmehr bei zwei Vorwärts- und zwei
Rückwärtsgängen mindestens vier Wellen mit sechs "Zahnrädern auf. Ferner ist noch
ein ähnliches Stirnrädergetriebe mit nur sechs Zahnrädern und drei ortsfesten Getriebewellen
bekanntgeworden, 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.
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Die Erfindung geht von der letztgenannten Getriebebauart mit sechs
Zahnrädern und drei ortsfesten, parallelen Getriebewellen aus; sie ermöglicht jedoch
dadurch, daß die Zahnräder und Wellen in einer andersartigen Weise miteinander koppelbar
sind und anders zusammenarbeiten, nunmehr zwei Vorwärts- sowie zwei Rückwärtsgänge.
Erfindungsgemäß sind dabei die Eingangswelle mittels eines ersten, auf ihr 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 koppelbar, und ferner ist die Eingangswelle
mittels eines vierten, auf ihr angeordneten Zahnrades mit einem hiermit zum Eingriff
bestimmten fünften, auf der Ausgangswelle angeordneten Zahnrad koppelbar, das seinerseits
mit seiner Welle koppelbar ist und außerdem mit dem sechsten, auf der Vorgelegewelle
fest angeordneten Zahnrad kämmt.
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Nach einer günstigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes
stehen hierbei die Zahnräder der Eingangs- und der Ausgangswelle mit ihren entsprechenden
Gegenrädern dauernd im Eingriff und sind durch Schaltkupplungen mit ihren zugehörigen
Wellen koppelbar. 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 Zahnrad 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 vorteilhaft für Fahrzeugantriebe,
insbesondere an Schienenfahrzeugen, geeignet.
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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.
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Nähere Einzelheiten und die Wirkungsweise der Erfindung sind an Hand
zweier Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert. Hierbei stellt dar
Fig. 1 einen Axialschnitt eines erfindungsgemäßen Wechsel- und Wendegetriebes, Fig.
2 eine vereinfachte Seitenansicht der zugehörigen Zahnradsätze,
Fig.
3 eine ebenfalls vereinfachte parallelperspektivische Ansicht dieser Zahnradsätze
und Fig. 4 eine abgewandelte Ausführungsform des Getriebes mit Schiebezahnrädern
auf der Eingangswelle. Bei dem beispielsweise für ein Schienenfahrzeug bestimmten
Stirnrädergetriebe nach Fig. 1 bis 3 treibt ein nicht dargestellter Motor über die
Welle 1 und den Strömungswandler 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 Ströinungskreisläufen vorgesehen sein. Zwei Zahnräder
7 und 8 sind auf der Eingangswelle 5 frei drehbar gelagert und über eine Doppelkupplung
mit Klauenkränzen 9, 10 bzw. 11, 12, Kupplungsmuffe 13 und Keilnuten 14 wechselweise
mit der Eingangswelle 5 kuppelbar. Das Zahnrad 8 steht dauernd mit dem. Zahnrad
16 im Eingriff. Dieses sowie ein weiteres Zahnrad 17 sind auf der Ausgangswelle
18 frei drehbar gelagert und ebenfalls über eine Doppelkupplung mit Klauenkränzen
19, 20 bzw. 21, 22, Kupplungsmuffe 23 und Keilnuten 24 wechselweise mit der Ausgangswelle
18 kuppelbar. Parallel zu der Eingangswelle 5 und der Ausgangswelle 18 sowie im
Dreieck dazu liegt die Vorgelegewelle 25 mit zwei auf ihr befestigten Zahnrädern
26 und 27; dabei steht das Zahnrad 26 mit dem Zahnrad 16 - jedoch nicht mit Zahnrad
8 - dauernd im Eingriff, und das Zahnrad 27 kämmt stets mit dem Zahnrad 17 sowie
mit dem Zahnrad 7. Die strichpunktierte Linie 28 soll dabei den Eingriff zwischen
den Zahnrädern 27 und 7 andeuten. In Fig. 1 ist zwecks einer deutlichen Darstellungsweise
die Vorgelegewelle in eine durch die Eingangs-und Ausgangswelle gelegte Ebene geklappt;
ihre wirkliche räumliche Lage gegenüber den übrigen Getriebewellen ist aus Fig.
2 und 3 ersichtlich, in denen der Einfachheit halber die Zahnräder durch ihre Teilkreisdurchmesser
dargestellt sind.
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Das Getriebe ermöglicht zwei Vorwärtsgänge und zwei - bei dem vorliegenden
Beispiel - gleichübersetzte Rückwärtsgänge. Die jeweilige Stellung der der Kupplung
dienenden Muffen 13 und 23 und der Verlauf des Kraftflusses sind dabei wie folgt:
Im langsamen Vorwärtsgang:
| Muffe 13 befindet sich links, |
| Muffe 23 rechts, |
| der Kraftfluß verläuft über 5, 13, 7, 27, 25, 26, |
| 16, 23, 18. |
Im schnellen Vorwärtsgang:
| Muffe 13 links, |
| Muffe 23 links, |
| Kraftfluß über 5, 13, 7, 27, 17, 23, 18. |
Im langsamen Rückwärtsgang:
| Muffe 13 rechts, |
| Muffe 23 rechts, |
| Kraftfluß über 5, 13, 8, 16, 23, 18. |
Im schnellen Rückwärtsgang:
| Muffe 13 rechts, |
| Muffe 23 links, |
| Kraftfluß über 5, 13, 8, 16, 26, 25, 27, 17, 23, 18. |
Wie ersichtlich, bewirkt die Schaltmuffe 13 die Drehrichtungsumkehr und die Schaltmuffe
23 die Geschwindigkeitsabstufung.
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An Stelle jeder Doppelkupplung könnten auch je zwei Einzelkupplungen
vorgesehen sein. Da jedoch zwei gleichachsige Kupplungen (z. B. Klauenkränze 9,
10 und 11, 12) nie gleichzeitig eingeschaltet sein dürfen, ist zumindest bei Klauenkupplungen
die dargestellte Ausführung mit Doppelkupplungen vorzuziehen, weil dadurch zwangläufig
Fehlschaltungen vermieden werden.
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Des weiteren können die Schaltkupplungen, insbesondere die zur Geschwindigkeitsstufung
dienenden Kupplungen der Ausgangswelle, vorteilhaft als Reibungskupplungen oder
als synchronisierte formschlüssige Kupplungen ausgebildet sein. Es ist dann ohne
Schwierigkeit möglich, auch bei laufendem Getriebe den Geschwindigkeitsbereich (Gang)
zu wechseln.
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Wie insbesondere aus Fig. 3 zu ersehen ist, müssen die Durchmesser,
Moduln und Zähnezahlen der Zahnräder so gewählt sein, daß die Zahnräder 7 und 17
sowie auch 8 und 26 nicht miteinander kämmen; außerdem müssen die gleichen Abstand
der V orgelegewelle 25 von der Ausgangswelle 18 bedingenden Zahnräder 17 und 27
einerseits und 16 und 26 andererseits miteinander im Eingriff stehen. Diese Erfordernisse
bedingen bei Verwendung normaler Verzahnung (d. h. ohne Profilverschiebung) mitunter
große Raddurchmesser. Dieser Nachteil läßt sich gemäß einer Weiterbildung der Erfindung
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 Profilverschiebung aufweisen, um eine Freigängigkeit der
Zahnräder 7 und 17 zu erzielen.
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Bei Getrieben mit gleichem Modul für sämtliche Zahnräder erhält man
eine günstige Ausführung mit kleinen Raddurchmessern, wenn außer der Profilverschiebung
noch die Summe der Zähnezahlen des nur mit dem einen Vorgelegerad 27 zusammenarbeitenden
Zahnrades 17 der Ausgangswelle 18 sowie dieses Vorgelegerades 27 selbst mindestens
um einen Zahn kleiner gewählt wird als die Summe der Zähnezahlen des anderen Zahnrades
16 der Ausgangswelle 18 und des anderen Vorgelegerades 26. Bei Anwendung auf das
Getriebe nach Fig. 1 bis 3 bedeutet dies also, daß
ist, wenn z17, z27 usw. die Zähnezahlen der Zahnräder 17, 27 usw. angeben. Infolge
des gleichen Achsabstandes der die Zahnräder 16, 26 und 17, 27 tragenden Wellen
ist die letztgenannte Bedingung nur mit Hilfe einer entsprechenden Profilverschiebung
erreichbar.
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Fig. 4 zeigt eine etwas abgewandelte Form des erfindungsgemäßen Getriebes,
wobei an Stelle der auf der Eingangswelle 5 des Getriebes nach Fig. 1 bis 3 gelagerten,
dauernd im Eingriff befindlichen Zahnräder 7 und B und deren Schaltkupplungen 9
bis 14 nunmehr mit der Eingangswelle 105 drehfest verbundene Schiebezahnräder 107
und 108 vorgesehen sind. Da letztere nur abwechselnd 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 dein Zahnrad 127 verläuft. In den beiden Rückwärtsgängen sind die Schieberäder
in ihre strichpunktiert gezeichnete Lage 107, 108' verschöben, in der das
Rad 108 mit Rad 116 kämmt. Alle übrigen Getriebeteile entsprechen denen nach
Fig. 1 bis 3, wobei gleiche Elemente mit um 100 vergrößerten Bezugsziffern bezeichnet
worden sind.
Abweichend von Fig. 4 könnte auch das Zahnrad 117 als
mit der Ausgangswelle 118 drehfest verbundenes Schiebezahnrad ausgebildet sein.
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Die Ansprüche 2 bis 6 sind reine Unteransprüche und gelten nur im
Zusammenhang mit Anspruch 1.