DE1097465C2 - Stirnraeder- und Wendegetriebe, insbesondere fuer Antriebe von Fahrzeugen, beispielsweise Schienenfahrzeugen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT 1097

ANMELDETAG:

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT:

AUSGABE DER
PATENTSCHRIFT:

DBP 1097465 kl. 20b 5/02

INTERNAT. KL. B 61 C 12. JULI 1956

19-JANUAR 1961 3. AUGUST 1961

stimmt Oberein mit auslegeschrift

1 097 465 (V 10910 II / 20 b)

Die Erfindung bezieht sich auf ein mit Stirnzahnrädern ausgerüstetes Wechsel- und Wendegetriebe in Vorgelegebauart.

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.

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.

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 kuppelbar 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 kuppelbar, und ferner ist die Eingangswelle mittels eines vierten, auf ihr angeordneten Zahnrades mit einem hiermit zum Eingriff bestimmten fünften, auf der Ausgangswelle angeordneten Zahnrad kuppelbar, das seinerseits mit seiner Welle kuppelbar ist und außerdem mit dem sechsten, Stirnräderwechsel- und Wendegetriebe

insbesondere für Antriebe von Fahrzeugen, beispielsweise Schienenfahrzeugen

Patentiert für: J.M. Voith G.m.b.H., Heidenheim/Brenz

Dipl.-Ing. Heinrich Berens, Bad Homburg v. d. Höhe, ist als Erfinder genannt worden

auf der Vorgelegewelle fest angeordneten Zahnrad

2o kämmt.

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 kuppelbar. 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.

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.

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.

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,

109 633/66

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 Strömungskreisläufen 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 Eingangsund 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.

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 Schaltauffe 23 die Geschwindigkeitsabstufung.

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.

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.

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 Vorgelegewelle 25 von der Ausgangswelle 18 bedingenden Zahnräder 17 und 27 einerseits und 16 und 26 andererseits miteinander im Eingriff stehen. Diese Erfordernisse bedingen bei \^erwendung normaler Verzahnung (d._vh. 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.

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 B₁₇, Z₂₁ 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.

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 8 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 dem Zahnrad 127 verläuft. In den beiden Rückwärtsgängen sind die Schieberäder in ihre Strichpunktiert gezeichnete Lage 107', 108' verschoben, 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 als mit der Ausgangswelle 118 drehfest verbundenes¹ Schiebezahnrad ausgebildet sein.

Die Ansprüche 2 bis 6 sind reine Unteransprüche und gelten nur im Zusammenhang mit Anspruch 1.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Stirnräderwechsel- und Wendegetriebe in Vorgelegebauart, insbesondere für Antriebe von Fahrzeugen, beispielsweise Schienenfahrzeugen, vorzugsweise in Verbindung mit Strömungskreisläufen, mit sechs Zahnrädern, die je paarweise auf drei ortsfesten, parallelen und im Dreieck zueinander liegenden Getriebewellen (Eingangs-, Ausgangs- und Vorgelegewelle) angeordnet sind und zumindest in ihrer jeweiligen Arbeitsstellung in zwei parallelen Ebenen liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangswelle (5, 105) mittels eines ersteh auf ihr angeordneten Zahnrades (7, 107) und desgleichen auch die Ausgangswelle (18, 118) mittels eines zweiten, auf ihr angeordneten Zahnrades (17, 117) mit einem mit diesen Zahnrädern zum Eingriff bestimmten dritten, auf der Vorgelegewelle (25, 125) fest angeordneten Zahnrad (27, 127) kuppelbar sind und daß ferner die Eingangswelle mittels eines vierten, auf ihr angeordneten Zahnrades (8, 108) mit einem hiermit zum Eingriff 'bestimmten fünften, auf der Ausgangswelle angeordneten Zahnrad (16, 116) kuppelbar ist, das seinerseits mit seiner Welle kuppelbar ist und außerdem mit dem sechsten, auf der Vorgelegewelle fest angeordneten Zahnrad (26, 126) kämmt.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder (7, 8, 16 und 17) der Eingangswelle (5) und der Ausgangswelle (18) mit ihren entsprechenden Gegenrädern dauernd im Eingriff stehen und durch Schaltkupplungen (9 bis 14 und 19 bis 24) mit ihren Wellen kuppelbar sind.

3. Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangswelle (5) und/oder die Ausgangswelle (18) mittels je einer Doppelkupplung (9 bis 14 bzw. 19 bis 24) wechselweise mit einem der auf ihnen angeordneten Zahnräder kuppelbar sind.

4. Getriebe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkupplungen (9 bis 14 und 19 bis 24) als Reibungskupplungen oder als synchronisierte formschlüssige Kupplungen ausgebildet sind.

5. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide auf der Eingangswelle (105) angeordneten Zahnräder (107 und 108) und/oder das nur mit einem Zahnrad (127) der Vorgelegewelle (125) zusammenarbeitende Zahnrad (117) der Ausgangswelle (118) als mit ihren Wellen drehfest verbundene Schiebezahnräder ausgebildet sind.

6.'Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Erzielung kleiner Zahnraddurchmesser mindestens eines der Zahnräder (7, 8, 16, 17, 26 und 27) eine Verzahnung mit Profilverschiebung aufweist.

7. Getriebe nach Anspruch 6, an dem sämtliche Zahnräder gleichen Modul aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Zähnezahlen des nur mit einem'Vorgelegerad zusammenarbeitenden Zahnrades (17) der Ausgangswelle (18) und dieses Vorgelegerades (27) selbst mindestens um eins kleiner gewählt ist als die Summe der Zähnezahlen des anderen Zahnrades (16) der Ausgangswelle und des anderen Vorgelegerades (26).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 419 668, 683 946,

872,720 884;

»Taschenbuch für den Maschinenbau« von

H. Dubbel, O.Auflage, 1935, Bd. I, S. 693; Bd. II,

S. 426.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 009 699/199 1.61 (109 633/66 7. 61)