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Wechselge triebe Die Erfindung betrifft ein Wechselgetriebe mit mehreren
auf einer gemeinsamen itohlwelle drehbar gelagerten und mit dieser mittels eines
radial beweglichen, durch eine in der Hohlwelle axial verschiebbare Schaltwelle
verstellbaren Kupplungselementes kuppelbaren Zahnrädern, die paarweise mit andern
auf einer parallelen Welle befestigten Zahnrädern kämmen.
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Das bekannste Weschselgetriebe dieser Art ist das %iehkeilgetriebe,
bei dem die Räderpaare dauernd in Eingriff stehen und die Räder des einen Rädersatzes
fest mit der Antriebswelle verbunden sind, dagegen die er des anderen Rädersatzes
lose
auf der Antriebswelle laufen. In der hohlen Abtriebswelle ist
eine Feder (Ziehkeil) über ein Stirnrad und eine Rundzahnstange verschiebbar angeordnet.
Der Ziehkeil springt durch Feder druck jeweils in eine Nut des betreffenden Zahnrades
ein und stellt damit die Verbindung mit der Abtriebswelle her.
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Nachteilig bei solchen Getrieben ist vor allen, daß die Rundzahnstange,
mit-tels welcher der Ziehkeil in der Hohlwelle vers-tellt wirfl, mindestens die
axiale Länge des Rädersatzes verschiebbar sein muß und dadurch die mindestens doppelte
Baulänse erforderlich ist und daß die Verstellung der Rundzahnstange mittels eines
um eine dazu orthogonale Achse drehbaren Stirnrades erfolgen muß, das stillsteht,
während sich die Rundzahnstange mit dem laufenden Getriebe dreht. Außerdem ist ein
solches Getriebe teuer in der Herstellung und iiberall dort nicht verwendbar, wo
es darauf ankommt, einen ruckfreien Anlauf zu gewährleisten Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist es, ein Getriebe der eingangs genannten Art derart zu verbessern,
daß es einfacher, billiger und mit wenigen Raumbedarf herstellbar ist.
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Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß für jedes Zahnrad
in einem Wanddurchbruch der Hohlwelle ein Kupplungselement lose geführt ist und
die axial verschiebbare Schaltwelle auch drehbar in der Hohlwelle gelagert und in
den axialen
Abständen der Wanddurchbrüche mit Ringnuten sowie daran
anschließenden um bestimmte Winkel gegeneinander versetzte Axialnuten versehen ist,
welche die 'Kunolungselemente der nicht zu kuppelnden Zahnräder in entsprechenden
Winkelstellungen der Schaltwelle teilweise aufnehmen.
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Besonders vorteilhaft dabei ist, daß zum Kuppeln der einzelnen Zahnrädern
mit der Hohlwelle die Schaltwelle jeweils nur um einem dem Mittelabstand zweier
benachbarter Zahnräder entsprechenden Betrag jeweils aus der gleichen Ruhelage axial
verschoben werden muß, da jedem Zahnrad ein eigenes Kupplungselement zugeordnet
ist und daß die Auswahl des zu kuppelnden Zahnrades durch eine entsprschende Winkeldrehung
der Schaltwelle relativ zur Hohlwelle bewerkstelligt werden kann, dadurch ist einerseits
der Raumbedarf für das Schaltunggetribe in axialer Richtung auf ein Minimum reduziert
und die Bedienung des Schaltgetriebes sehr einfach und übersichtlich gestaltet.
Die gesamte Anordnung ist sehr einfach aufgebaut, und sie besteht aus nur wenigen
formtechnisch einfach herstellbaren und montierbaren Einzelteien, die nur einem
vernachlässigbar geringen Verschleiß unterworfen sind und deshalb eine dauerhafte
Funktionssicherheit gewährleisten.
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?weckmäßigerweise sind dabei die Kupplungselemente als Kugeln ausgebildet,
die in Radialbohrungen der Hohlwelle geführt sind und deren Durchmesser größer ist
als die Wanddicke der Hohlwelle.
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Kugeln sind als Massenware billig herstellbar. Außerdem lassen sie
sich aufgrund ihrer geometrischen Form mit einfachen Mitteln ohne Reibungswiderstand
lagern, führren und verstellen.
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Dadurch, daß ihr Durchmesser größer gewählt ist als die Wanddicke
der Hohlwelle, ist gewährleistet, dail sie sich aus deren Durchbrüchen nicht entfernen
und sich immer an der gleichen Stelle der Hohlwelle befinden, was ihr Ineingriffbrimngen
mit den einzelnen Zahnrädern wesentlich erleichtert.
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Obwohl es grundsätzlich auch möglich ist, die kugeln als Klemmkörper
zu verwenden und durch sie eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Hohlwelle
und einzelnen Zahnrädern herzustellen, ist in weiterer Ausbildung der Erfindung
vorgesehen, daß die kuppelbaren Zahnräder Innenverzahnungen aufweisen, mit welchen
die Kupplungselemente in Eingriff bringbar sind, so daß eine zumindest teilweise
formschlüssige Verbindung zwischen dem betreffenden Zahnrad und der Hohlwelle herstellbar
ist.
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Zur weiteren Vereinfachuhg der Bedienung und zur Erhöhung der Funktionssicherheit
steht die Schaltwelle bei einer bevorzugten Ausführungsform in einer Axialrichtung
unter Federdruck, und es sind ihre Ringnuten wenigstens einseitig mit schrägen Flanken
versehen0 Dies ermöglicht es, daß, wenn die Kupplungselemente, die Wanddicke der
Hohlwelle und die Innenverzahnungen der Zahnräder so
aufeinander
abgestimmt sind, daß ein sich in Eingriff mit dem betreffenden Zahnrad befindliches
Kupplungselement sich auf der schrägen Flanke der betreffenden Ringnut der Schaltwelle
abstützt, die Kupplungsglieder gleichzeitig die Funktion einer Überlastkupplung
übernehmen. Beim Auftreten eines zu hohen Lastdrehmomentes ist dadurch- das sich
in Eingriff befindliche Kupplungselement in der Lage, über die schräge Flanke auf
die Schaltwelle eine axial gegen den Federdruck gerichtete Kraft auszuüben und die
Schaltwelle axial zu verschieben so weit, daß das Kupplungselement, d. h. die Kugel,
entlang der schrägen Flanke in die Ringnut der Schaltwelle und darni-t außer Eingriff
mit der Innenverzahnung des Zahnrades gelangen kann. Andererseits ist dabei auch
sichergestellt, daß sofort nach Wegfall des überhöhten Lastdrehmomentes der auf
die Schaltwelle wirkende Federdruck das Kupplungselement über die schräge Flanke
der Ringnut wieder in Eingriff mit dem betreffenden Zahnrad bringt. Vorteilhaft
ist es dabei, wenn die Innenverzahnungen der Zahnräder dreieckförmig profiliert
sind.
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Um eine leichte und einfache Betätigungsmöglichkeit der Schalt, welle
zu erreichen, ist es in weiterer Ausbildung der Erfindung vorgesehen, daß auf der
Schaltwelle ein Drehknopf und auf der iIohlwelle eine Scheibe befestigt sind, die
beide sichtbare Winkelpositionsmarkierungen aufweisen, wobei zumindest diejenigen
des Drehknopfes den Winkelabständen der Axialnuten der Schaltwelle entsprechend
angeordnet sind. Vorteilhaft ist dabei
vor allem, daß die Bedienungsnerson
in jeder bliebigen Winkelstellung der Hohlwelle, in der diese zum Stillstand kommt,
erkennen kann, welche Übersetzungsstufe am Getriebe gerade eingeschaltet ist und
um welchen Winkel sowie ggf. in welche Richtung die Schaltwelle mittels des Drehknopfes
gedreht werden muß, um die gewünschte andere Übersetzungsstufe einzuschalten.
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Durch die Winkelpositionsmarkierungen sind dabei die möglichen Schaltstellungen
genau markiert, so daß Fehlschaltungen ohne weiteres vermeidbar sind.
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Um sicher zu verhindern, daß jeweils die sich in einer axial nut der
Schaltwelle befindenden Kupplungselemente nicht durch Schwerkraft oder Fliehkraft
unerwünscht mit den ihnen zugeordneteii Zahnrädern in Eingriff gelangen und dort
gewisse Sperreffekte hervorrufen, ist es zweckmäßig, die Kupplungselemente mittels
Federn in die Nuten der Schaltelemente zu driicken, wobei diese Federn vorteilhaft
als Ringfedern ausgebildet und in Ringnuten der Innenverzahnungen der Zahnräder
geführt sein können.
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Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird nun im folgenden die Erfindung
näher erläutert.
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Es zeigt: Fig. 1 ein Wechselgetriebe gemäß der vorliegenden Erfindung
im Schnitt Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Hohlwelle mit den darauf
lose
gelagerten Zahnrädern Fig. 3 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt durch die Hohlwelle
mit den darauf gelagerten Zahnrädern einer anderen Ausführungsform Fig. 4 die Schaltwelle
als Einzelteil Fig. 5 Querschnitte a-a, b-b und c-c durch die Schaltwelle a,- b,c
gemäß Fie. 4 Fig. 6 einen-Teilschnitt durch eine andere Ausführungsform eines Zahnrades
Fig. 7 einen Schnitt D-D durch das-Zahnrad gemäß Fig. 6 Fig. 8 einen Handgriff in
Seitenansicht Fig. 9 eine Ringfeder in Draufsicht und Seitenansicht.
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Der Gesamtaufbau des Wechselgetriebes ist am besten aus Fig. 1 ersichtlich.
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In den Seitenwänden 2 und 3 eines Gehäuses 1 ist mittels Kulagern
4 und 5 eine Welle 6 und Praller dazu mittels Kugellagern 7-nnd 8 eine Hohlwelle
9 drehbar gelagert. Zwischen den Seitenwänden 2 und 3 ist auf der Welle 6 ein aus
drei Zahnkränzen 10, 11 und 12 bestehender einstückiger Zahnrädersatz 13 verdrehsicher
befestigt, während auf einem aus der Seitenwand 3 herausragenden Wellenzapfen 14
eine Zahnriemenscheibe 15 fest sitzt.
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Auf der Hohlwelle 9 sitzen drei Zahnräder 16, 17 und 18, welche
mit
denZahnkränzen 10, 11 und 12 dauernd in Eingriff stehen und auf der Hohlwelle 9
an sich frei drehbar gelagert sind. Auf dem aus der Seitenwand 3 herausragenden
Ende 19 der Hohlwelle 9 ist mittels einer oder mehrerer Madenschrauben 20 eine Zahnriemenscheibe
21 befestigt, die Teil einer Topfscheibe 22 ist Sowohl die Zahnräder 16, 17 und
18 als auch der Zahnrädersatz 13 mit seinen Zahnkränzen 10, 11 und 12 bestehen aus
Kunststoff. Während der Zahnrädersatz 13 direkt auf die Welle 6 aufgespritzt ist,
sind die Zahnräder 16, 17 und 18, wie am besten aus den Fig. 3, 6 und 7 erkennbar
ist, mit metallischen Buchsen 23, 24 bzw. 25 ausgerüstet, welche jeweils in ihrer
Mitte Verzahnungen 26 aufweisen, deren Zähne und Zahnlücken dreieckförmig profiliert
sind (Fig. 7). Zu beiden Seiten der Verzahnungen 26 sind in die Buchsen 23 bzw.
24 bzw. 25'Lagerringe 27 und 28 eingesetzt, deren Innendurchmesser etwa gleich groß
oder etwas kleiner ist als der Innendurchmesser der Verzahnung 26.
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Im Bereich der Verzahnungen 26 der Zahnräder 16, 17 und 18 besitzt
die Hohlwelle 9 radiale Bohrungen 29, 30 und 31, die auf einer achsparallelen Linie
liegend angeordnet sind (Fig. 3).
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In jeder der Bohrungen 29, 30 und 31 ist eine Kugel 32 bzw. 33 bzw.
34 lose geführt, deren Durchmesser größer ist als die Wanddicke der Hohlwelle 9.
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In der Hohlwelle 9 ist drehbar und gegen den Druck einer Feder 35
axial
verschiebbar eine Schaltwelle 36 gelagert, deren Durchmesser dem Innendurchmesser
der liohlwelle 9 angepaßt ist und die am e einen Ende einen Verlängerungszapfen
37 besitzt. Der Verlängerungszapfen hat einen geringeren Durchmesser als der sich
in der Hohlwelle 9 befindende Teil der Schaltwelle 36 und ragt durch eine zentrale
Bohrung der Topfscheibe 22: Auf sein in den Hohlraum 22' der Topfscheibe 22 ragendes
Ende 37' ist ein Drehknopf 38 verdrehsicher aufgesetzt und vermittels einer Schraube
39 befestigt. Wie aus Fig. 1 erkennbar ist, hat der l)rehknopf 38 ebenfalls eine
topfförmige Gestalt, deren Außendurchmesser geringer ist als der Innendurchmesser
der Topfscheibe 22, so daß er wenigstens teilweise in deren Hohlraum 22' eirtauchen
kann. Außerdem besitzt der Drehknopf 38 einen Griffsteg 40 und einen schrägen Flansch
41, welcher stirnseitig den Rand 42' der Topfscheibe 22 verdeckt, Der Drehknopf
38 ist aus durchsichtigem Material hergestellt. Seine Außenfläche ist mit einer
undurchsichtigen Farbe lackiert, wobei am Rand des Flansches 41, wie aus Fig. 8
ersichtlich, um jeweils 900 zueinander versetzt fensterartige lackfreie Stellen
42, 43, 44 und 45 ausgespart sind, welche vier Schalt- oder Winkelpositionen des
Schaltknopfes bzw. der Schaltwelle 36 markieren.
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Durch diese fensterar-tigen Aussparungen 42 bis 45 hindurch ist der
Rand 42 der Topfscheibe 22 sichtbar, der an einer Stelle eine Bezugsmarkierung besitzt,
die winkelmäßig auf die Linie der Bohrungen 29, 30 und 31 der Hohlwelle 9 ausgerichtet
ist.
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Wie an besten aus den Fig. 4 und 5a - 5c erkennbar ist, besitzt die
Schaltwelle 36 drei Ringnuten 46, 47 und 48, die so aneeordnet sind, daß sie in
der in Richtung des Pfeiles 49 verschobenen Stellung der Schaltwelle 36 in den Bereichen
der Bohrungen 29, 30, 31 der Hohlwelle 9 bzw. der Kugeln 32, 33 und 34 liegen, so
daß diese Kugeln 32 bis 34 in diese Ringnuten 46, 47, 48 teilweise eintauchen können.
In Richtung des Pfeiles 49 sind anschließend an die Ringnuten 46, 47 und 48 auf
dem Umfang der Schaltwelle 36 jeweils in einem Winkelabstand von 90° Axialnuten
50/0, 50/2, 50/3 bzw. 51/0, 51/1, 51/3' bzw. 52/0, 52/1 und 52/2 angeordnet, deren
Tiefe derjenigen der Ringnuten 46, 47 und 48 entspricht, und welche in der Lage
sind, die Kugeln 32, 33, bzw. 34 in entsprechenden Schaltstellungen der Schaltwelle
76 aufzunehmen, wenn sich diese in ihrer nicht gedrückten Ruhestellung befinden.
Aus den Schnittbildern der Fig. 5a, 5b und 5c ist erkennbar, daß die Axialnuten
50/0, 50/2 und 50/3, welche der Kugel 29 zugeordnet sind, insgesamt um 90° gegenüber
den Nuten 51/1, 51/0 und 51/3, welche der Kugel 30 zugeordnet sind, um 900 versetzt
sind und daß die der Kugel. 31 zugeordneten Axialnuten 52/0, 52/1 und 52/2 ihrerseits
gegenüber den axial nuten 51/1, 51/0 und 51/3 ebenfalls um 90 versetzt angeordnet
sind. Mit anderen Worten: im Bereich der Schnittlinie a-a fehlt die Axialnut, die
im Bereich der Schnittlinie bbbzw.c-c der Axialnut 51/1 bzw. 51/2 entspricht; im
Bereich der Schnittlinie b-b fehlt die Nut, die den Nuten 50/2 bzw. 5272 der Schnittlinien
a-a bzw. c-c entspricht und im Bereich der Schnittlinie c-c fehlt die Nut, die den
Nuten 50/3 bzw. 51/3 im Bereich der Schnittlinien a-a bzw b-b entspricht.
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Dadurch ist es möglich, durch die Wahl der relativen Winkel-,stellung
zwischen dem Drehknopf 38 bzw. der Schaltwelle 36 und der Topfscheibe 22 bzw. der
Hohlwelle 9 in den drei Winkelpositionen "1", "2", "3" jeweils zwei Axialnuten 51/1
und 52/1 oder 50/2 und 52/2 oder 50/3 und 51/3 mit den entsprechenden Bohrungen
29 bzw. 30 bzw. 31 der Hohlwelle zur Deckung zu bringen, während in der Schalt-
bzw. Winkelposition "0" die drei Axialnuten 50/0, 51/0 und 52/0 sich mit den drei
Bohrunen 29, 30 und 31 der Hohlwelle 9 decken.
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Da die radiale Tiefe der Axialnuten 50, 51 und 52 kleiner gehalten
ist als der Durchmesser der Kugeln 32, 33 und 34 und damit gewährleistet ist, daß
die Kugeln 32, 33 und 34 die Bohrungen 29, 30 und 31 der Hohlwelle 9 auch dann nicht
verlassen können wenn sie sich in den Axialnuten befinden, ist es erforderlich,
vor jeder Drehung der Schaltwelle 36 relativ zur Hohlwelle 9 die Schaltwelle in
Richtung des Pfeiles 49 gegen den Druck der Feder 35, wie in Fig. 1 dargestellt,
soweit zu verschieben, daß die Kugeln in den Bereich der Ringnuten 46, 47 bzw. 48
gelangen. Gleichzeitig ist dadurch gewährleistet, daß sich die Schaltwelle 36 nicht
selbsttätig aus einer eingestellten Schaltposition verdrehen kann.
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Sobald der Drehknopf 38 in einer markierten Schaltposition, in welcher
einer der fensterartigen Ausschnitte 42, 43, 44 oder 45 sich mit der stirnseitig
auf dem Rand 42 der Topfscheibe 22
angebrachten Positionsmarkierung
deckt, losgelassen wird, drückt die Feder 35 die Schaltwelle 36 entgegen der Richtung
des Pfeiles 49 wieder in ihre Ausgangsposition zurück. Je nachdem, welche Schaltposition
gewählt wurde, wird dabei außer in der Schaltposition "0" eine der drei Kugeln 32,
33 oder 34 in ihrer Bohrung 29, 30 oder 31 radial nach außen gedrückt und, wie in
den Fig. 2 oder 3 dargestellt, mit der betreffenden Innenverzahnung 26 eines der
Zahnräder 16, 17 oder 18 in Eingriff gebracht. Nicht nur um diese Radialbewegung
der Kugeln 32, 33 oder 34 zu erleichtern, sind die Ringnuten 46, 47 und 48 auf der
einen Seite jeweils mit schrägen Flanken 53, 54 bzw.
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55 versehen, sondern noch aus einem weiteren Grund: Während beim Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 1 und 2 der Durchmesser der Kugeln 32, 33 und 34 so gewählt ist, daß
eine sich mit der Verzahnung 26 eines Zahnrades 16,- 17 oder 18 sich in Eingriff
befindende Kugel auf der Innenseite der Wandung der Hohlwelle 9 nicht mehr hervorsteht
und auf dem zylindrischen Umfang der Schaltwelle 36 aufliegt, ist bei der Ausführungsform
gemäß Fig. 3 der Kugeldurehmesser größer gewählt derart, daß sich die jeweils mit-
der Verzahnung 26 eines der Zahnräder 16, 17 oder 18 in Eingriff befindende Kugeln
(hier 32) nicht auf dem zylindrischen Umfang der Schaltwelle 36 sondern auf einer
schrägen Flanke 53, 54 oder 55 der Schaltwelle 36 abstützt. Dadurch ist dem Zusammenwirken
der Schaltwelle 36 mit den kugeln 32, 33 oder 34 zusätzlich noch die Funktion einer
Überlastkupplung einverleibt, indem die auf der schrägen Flanke 53, 54
oder
55 aufliegende, als Kupplungselement zwischen der Hohlwelle 9 und einem der Zahnräder
16, 17 oder 18 dienende Kugel 32, 33 oder 34 bei der Drehmomentsübertragung auf
die Schaltwelle 76 eine dem Druck der Feder 35 entgegengesetzte Kraftkomponente
hervorruft, die bei Auftreten eines überhöhten Lastdrehmomentes eine Verschiebung
er Schaltwelle 36 in Richtung des Pfeiles 49 und damit ein Auskuppeln zur Folge
hat.
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Dabei kann der kritische Drehmomentsbereich durch eine entsprechende
Dimensionierung der Feder 35 und/oder durch eine Justiereinrichtung an der Feder
35 festgelegt werden.
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Um zu verhindern, daß die auf dieentsprechende Stellung der Schaltwelle
36 nicht mit den Verzahnungen 26 der Zahnräder 16, 17 oder 18 in Eingriff gebrachten
Kugeln 32, 33 oder 34 durch ihr Eigengewicht oder durch Fliehkräfte mit den btreffenden
Verzahnungen 26 in Eingriff gelangen, ist in einer Innenringnut der innenverzahnung
26 der Zahnräder 16, 17 und 18 (siehe Fig. 6 und 7) eine die Hohlwelle 9 umfassende
Ringfeder 57 angeordnet, die sich in radialer Richtung ausdehnen kann. Diese Ringfeder
57 liegt lose in der Innenringnut 56 der Innenverzahnung 26 und ist so dimensioniert,
daß sie nur diejenige der Kugeln 32, 33 oder 34 mit einer der Innenverzahnungen
26 in Eingriff gelangen läßt, welche nicht in einer der Axialnuten 50/0 bis 52/2
liegen.
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Die Umschaltung des Getriebes von der einen Übersetzungsstufe auf
die andere oder in den Leerlauf (Schaltposition "0") erfolgt
bei
Stillstand des Getriebes, wobei eine Drehbewegung der Hohlwelle 9 während der Drehung
der Schaltwelle 36 dadurch verhindert wird, daß der auf der Riemenscheibe 21 und
Topfscheibe 22 aufgelegte Zahnriemen über ein Vorgelege mit dem Antriebsmotor oder
mit anderen Getriebeteilen einer Maschine, in der dieses Wechselgetriebe eingesetzt
ist, in getrieblicher Verbindung steht.