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Beschreibung:
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Die Erfindung betrifft ein Schaltgetriebe für insbesondere Modellfahrzeuge
mit wenigstens einer, mindestens zwei Schaltstufen aufweisenden Zahnrad-Getriebestufe
und mit einem verstellbar am Getriebegehäuse angelenkten sowie mit einem verlagerbaren
Getriebeschaltteil zusammenwirkenden Schalthebel.
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Für insbesondere hochwertige, meist durch Funk-Fernsteuerung gelenkte,
Modellfahrzeuge ist ein Schaltgetriebe bekannt, welches im Prinzip als Wechselradgetriebe
ausgebildet ist, wobei zum Wechsel der Schaltstufen Getriebezahnräder verschoben
und alternierend in Eingriff gebracht werden. Eine derartige Schaltgetriebeausbildung
erfordert zum möglichst einwandfreien Eingriff der Schalt-Zahnräder besondere Maßnahmen,
z.B. angeschnittene Zahnflanken. Da beim Schalten jedoch häufig nicht direkt die
eingriffsfähige Zuordnung der Zahnräder gegeben ist, sind die Schaltungen häufig
von ratschenden Geräuschen begleitet, und die Zahnräder unterliegen einem erhöhten
Verschleiß.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe
für Modellfahrzeuge verfügbar zu machen, welches im Aufbau relativ einfach ist und
welches sich ohne Nachteile sowohl beim Stillstand als auch während der Fahrt des
Fahrzeugs schalten läßt.
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Ein Getriebe, welches diese Aufgabe löst, ist erfindungsgemäß dadurch
gekennzeichnet, daß jede Getriebestufe ein
Kegelumlaufgetriebe aufweist,
bei dem die beiden mit ihrer Kegelverzahnung zueinander weisenden Kegelräder und
die zwischen ihnen auf einem Planetenradträger drehbar angeordneten Planetenräder
ständig miteinander in Eingriff stehen und daß das Getriebeschaltteil in Achsrichtung
der Abtriebswelle verlagerbar, jedoch mit dem abtriebsseitig angeordneten Kegelrad
ständig drehfest verbunden ist, wobei es in der einen Schaltstellung in die Umlaufbahn
es mit der Antriebswelle drehfest verbundenen Planetenradträgers und in der anderen
Schaltstellung unter Freigabe des Planetenradträgers an eine getriebehäuseseitige
Arretierung angreift.
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Das Kegelumlauf- bzw. Kegelplanetengetriebe steht mit seinen sämtlichen
Kegelrädern, nämlich dem antriebsseitig angeordneten Kegelrad, dem abtriebsseitig
vorgesehenen Kegelrad und dem mindestens einen Planetenkegelrad in ständigem Eingriff,
so daß die Kegelräder selbst nicht aus ihre und wieder in ihre Verzahnungen bewegt
zu werden brauchen. Damit entfallen zunächst sämtliche mit bewegten Schaltzahnrädern
verbundene Nachteile. Eine Getriebestufe des gekennzeichneten Getriebes umfaßt zwei
Schaltstufen oder "Gänge", wobei der eine 1:2 untersetzt ist und der andere ohne
Übersetzung im Verhältnis 1:1 als direkter Gang arbeitet. In der untersetzten Schaltstufe
ist das Getriebeschaltteil getriebegehäuseseitig festgehalten. Das vom Motor in
Drehbewegung versetzte Antriebskegelrad überträgt seine Drehbewegung auf die Planetenräder,
die sich am abtriebsseitig angeordneten und zusammen mit dem Getriebeschaltteil
festgehaltenen Kegelrad abwälzen.
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Da der Planetenradträger drehfest mit der Getriebeabtriebsachse verbunden
ist, dreht sich diese daher mit der halben
Winkelgeschwindigkeit
des Antriebskegelrades. In der Abtriebsseite der Abtriebswelle brauchen dann lediglich
Kupplungen angebracht zu werden, die beispielsweise mit dem Gelenkkopf einer Kardanwelle
drehfest verbunden sind.
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Die zweite Schalt stufe wird durch axiales Verschieben des Getriebeschaltteils
bewirkt. Dabei wird zunächst die drehfeste Verbindung des Getriebeschaltteils mit
dem Getriebegehäuse gelöst, und das Getriebeschaltteil greift in die Umlaufbahn
des Planetenradträgers ein. Durch die dadurch eintretende formschlüssige Verbindung
des Planetenradträgers mit dem Getriebeschaltteil, welches ja ständig drehfest mit
dem abtriebsseitig angeordneten Kegelrad zusammenwirkt, wird eine direkte formschlüssige,
eine Relativverdrehung ausschließende Verbindung zwischen den Planetenkegelrädern
und dem abtriebsseitigen Kegelrad geschaffen. Wenn nun das antriebsseitige Kegelrad
in Drehung versetzt wird, können sich an ihm die Planetenkegelräder nicht mehr abwälzen.
Sie bilden in Verbindung mit dem angetriebenen Kegelrad eine starre Einheit mit
der Folge, daß die Abtriebswelle mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit umläuft
wie das Antriebs-Kegelrad.
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Das Getriebe zeichnet sich durch sehr einfache Bauform aus, und die
beiden Schaltstufen können durch einfaches axiales Verschieben des Getriebeschaltteils
eingelegt werden, ohne daß die Getrieberäder selbst außer Eingriff gelangen und
wieder in Eingriff gebracht werden müssen.
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Eine sehr einfache konstruktive Ausgestaltung des Schaltgetriebes
besteht darin, daß das abtriebsseitig angeordnete
Kegelrad einen
Hohlwellenabschnitt aufweist und daß es wie das antriebsseitige Kegelrad auf der
Getriebeabtriebswelle frei drehbar lagert, während das Getriebeschaltteil auf dem
Hohlwellenabschnitt verschieblich lagert. Die Getriebeabtriebswelle dient dann als
Träger für die gesamte vorfertigbare Baugruppe einer Getriebestufe.
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Zweckmäßig besitzt das Getriebeschaltteil einen im wesentlichen scheibenförmigen
Grundkörper mit einer z.B. nutförmigen Umfangskontur zum Angriff einer vom Schalthebel
betätigten Schaltklaue, wobei an beiden Seiten des Grundkörpers sich achsparallel
erstreckende Zapfen angeordnet sind, von denen die zur Antriebsseite des Getriebes
weisenden Zapfen das abtriebsseitige Kegelrad ständig durchgreifen und zugleich
als Anschlag für den Planetenradträger dienen, während die zur Abtriebsseite des
Getriebes weisenden Zapfen an einem getriebegehäuseseitigen Umfangsanschlag angreifen.
Der Planetenradträger kann in besonders einfacher Ausgestaltung als die Abtriebswelle
quer durchsetzende Planetenradlagerachse ausgebildet sein, deren frei vorstehende
Achsenden Mitnehmer für die zugeordneten Zapfen des Getriebeschaltteils ausbilden.
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Die Schaltklaue kann auf einer parallel zur Abtriebsachse im Getriebegehäuse
angeordneten Achse verschieblich angeordnet sein und sie kann in Ruhestellung unter
Federbelastung in einer der beiden Schaltstellungen oder in einer Leerlaufstellung,
in der das Getriebeschaltteil lediglich mit dem abtriebsseitig angeordneten Kegelrad
gekuppelt bleibt, stehen.
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Der Vorteil einer solchen federbelasteten Ruhestellung besteht darin,
daß entweder grundsätzlich der Motor im Leerlauf anlaufen
kann
und man durch alternative Verstellung des Schalthebels den untersetzten oder den
direkten Gang einlegen kann.
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Bei der alternativen Ruhestellung ist bereits einer der Gänge, z.B.
der untersetzte Anfahrgang, von Haus aus eingelegt, so daß dann beim Beschleunigen
des Fahrzeugs nach Erreichen einer modellgetreuen Sollgeschwindigkeit der direkte
Gang eingelegt werden kann.
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Das erfindungsgemäß vorgesehene Schaltgetriebe eignet sich in hervorragender
Weise zum Aufbau eines komplexeren Getriebes mit mehreren Getriebestufen. Ein solches
mehrstufiges Schaltgetriebe ist durch koaxiale Anordnung mindestens zweier gleicher
Getriebestufen gekennzeichnet, wobei das freie Ende der Getriebeabtriebswelle eine
Steckkupplung, z.B. Klauenkupplung ausbildet, die entweder in eine am antriebsseitigen
Kegelrad der folgenden Getriebestufe vorgesehene Gegenkupplung oder, wenn sie Bestandteil
der letzten Getriebestufe ist, in ein Getriebeabtriebsglied eingreift.
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Durch koaxiale Hintereinanderreihung mehrerer bausatzmäßig vormontierbarer
Getriebestufen läßt sich somit ein vielgängiges Getriebe auf ein einfache Weise
aufbauen. Ein zweistufiges Schaltgetriebe dieser Art erlaubt z.B. die Anwahl von
drei verschiedenen Gängen, nämlich einem "kurzen" Gang mit stärkster Untersetzung
1:4, wenn beide Getriebestufen auf "Untersetzung" geschaltet sind, einen mittleren
Gang im Verhältnis 1:2, wenn eine der beiden Getriebestufen auf den direkten, die
andere auf den untersetzten Gang geschaltet ist und den direkten ("langen") Gang,
wenn beide Getriebestufen im Verhältnis 1:1 durchgeschaltet sind.
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Bei einem zweistufigen Schaltgetriebe ist ein weiteres erfindungsgemäßes
Merkmal von Vorteil, welches darin besteht, daß der Schalthebel zwischen den beiden
Schaltklauen angeordnet und die jeweilige Schaltklaue entgegen der Wirkung einer
Rückstellfeder beaufschlagbar ist.
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Dabei können die beiden Klauen jeweils von der Außenseite her von
einer Druckfeder belastet sein. Auch kann zwischen den Klauen eine einzige Zugfeder
an diesen angelenkt sein.
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Eine solche Anordnung ermöglicht drei verschiedene Schaltstellungen,
von denen eine mit Hilfe der Federn allein realisiert wird, während entgegen ihrer
Wirkung der Schalthebel entweder die zweite oder die dritte Schaltstellung einlegt.
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Es ist also auch bei einem Getriebe mit drei Gängen nur erforderlich,
den Schalthebel alternativ in zwei Stellungen zu halten, was eine einfache Steuerung
des Schalthebels ermöglicht.
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Das gesamte Getriebe, zumindest jedoch sämtliche Zahnräder, das Getriebeschaltteil
und die Getriebeabtriebswelle können aus Spritzgießteilen, vornehmlich aus kohlefaserverstärktem
Kunststoff, bestehen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung näher
dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Die Zeichnung zeigt - etwa im Maßstab 2:1 - einen Längsschnitt durch
ein zweistufiges, drei Schaltstellungen erlaubendes Schaltgetriebe.
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In der Zeichnung ist zunächst zu erkennen, daß das Getriebegehäuse
aus den drei Teilen 1, 2 und 3 zusammengesetzt ist. In dem durch die Teile 1 und
2 gebildeten Gehäuseansatz lagert auf einer Achse 19 ein Stirnrad 14, welches durch
ein nicht dargestelltes Ritzel des Motorantriebs drehantreibbar ist. Das Stirnrad
14 kämmt mit einem im unteren Getriebegehäuseteil angeordneten kombinierten Stirn-Kegelrad
5, dessen Stirnverzahnung mit 5a und dessen Kegelverzahnung mit 5b bezeichnet ist.
Da die Art des Antriebs des kombinierten Stirn-Kegel rades 5 mit Bezug zur Erfindung
nicht sehr wesentlich ist, wird dieses Rad künftig nur mit "Kegelrad" oder als "antriebsseitiges
Kegelrad" bezeichnet.
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Das Kegelrad 5 lagert frei drehbar, gesichert mittels Sicherungsscheibe
17, auf einer Getriebeabtriebswelle 4.
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Mit der Kegelverzahnung 5b des Kegelrades 5 kämmen zwei, um eine zur
Achse der Getriebeabtriebswelle 4 senkrechte Drehachse umlaufende Kegel-Planetenräder-6.
Deren Planetenradträger 7 ist als stiftförmige Achse ausgebildet, die die Getriebeabtriebswelle
4 senkrecht durchsetzt. In Umfangsrichtung außerhalb der Planetenräder 6 bildet
der Planetenradträger 7 überstehende freie Achsenden 7a aus.
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Die Planetenräder 6 greifen auf der dem antriebsseitigen Kegelrad
5 abgekehrten Seite in eine Kegelverzahnung 8a eines zweiten, zur Abtriebsseite
hin angeordneten Kegelrades 8 ein. Einstückig mit diesem Kegelrad 8 verbunden ist
ein Hohlwellenabschnitt 8b, über den es frei drehbar auf der Getriebeabtriebswelle
4 ruht.
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Sämtliche Kegelräder 5, 6 und 8 stehen mit ihren Verzahnungen ständig
in Eingriff.
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Auf der Hohlwelle 8b des Kegelrades 8 ist in Längsrichtung der Getriebeabtriebsachse
4 verschiebbar ein Getriebeschaltteil 9 gelagert. Dieses besteht aus einem etwa
scheibenförmigen Zentralkörper 9a. Zur Antriebsseite hin stehen von ihm achsparallele
Zapfen 9b und abtriebsseitig ebenfalls achsparallele Zapfen 9c ab, von denen jeweils
z.B. vier Stück über den Umfang verteilt angeordnet sind. Die Zapfen 9b durchgreifen
mit Gleitspiel ständig das Kegelrades 8, beim Ausführungsbeispiel durch Bohrungen
8c.
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Wird das Getriebeschaltteil 9 bezüglich der Zeichnung nach links
verrückt, treten seine Zapfen 9b in die Umlaufbahn der überstehenden Achsenden 7a
des Planetenradträgers 7 ein.
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Wird hingegen das Getriebeschaltteil 9 nach rechts bewegt, so tritt
einer seiner Zapfen 9c mit einem getriebegehäusefesten Anschlag 16a, der an einer
Gehäuse zwischenwand 16 angebracht ist, in Formschlußkontakt. Die in der Figur eingezeichnete
Stellung des Getriebeschaltteils 9 entspricht, da weder die Zapfen 9b in Eingriff
mit dem Planetenradträger 7 noch die Zapfen 9c in Kontakt mit dem Anschlag 16a getreten
sind, dem Leerlauf des Getriebes.
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Zur Betätigung bzw. zur Verschiebung des Getriebeschaltteils 9 besitzt
dieses eine umlaufende Umfangsnut 9d für den segmentartigen Eingriff einer Schaltklaue
11, die parallel zur Achse der Abtriebswelle 4 auf einer ebenfalls dazu parallelen,
im Gehäuse befestigten Achse 12 gelagert ist.
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Ebenfalls auf dieser Achse 12 sitzt, einseitig gehäusefest und am
anderen Ende sich an der Schaltklaue 11 abstützend eine Schraubendruckfeder 13.
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Die tatsächliche Ausgangslage der in der Figur links dargestellten
ersten Schaltstufe I ist also abweichend von der Zeichnung durch den Angriff der
Zapfen 9c an den Anschlägen 16a gekennzeichnet. In dieser, durch die Schraubendruckfeder
13 aufrechterhaltenen Stellung, befindet sich die erste Getriebestufe im untersetzten
Gang. In dieser Schaltstellung kann nämlich die auf das antriebsseitige Kegelrad
5 eingeleitete Drehbewegung Uber die sich am Kegelrad 8 abwälzenden Planetenräder
6 übertragen werden, die dementsprechend um die Längsachse der Getriebeabtriebswelle
4 kreisen und über den Planetenradträger 7 die Getriebeabtriebswelle 4 in Drehung
versetzen, wobei die Winkelgeschwindigkeit der Getriebeabtriebswelle 4 halb so groß
ist wie die des Antriebskegelrades 5.
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In der anderen Schaltstellung, in der das Getriebeschaltteil 9 aus
der eingriffsfähigen Zuordnung mit dem getriebegehäusefesten Anschlag 16a in eine
Stellung überführt ist, in der sich die Zapfen 9b in den Umfangsweg des Planetenträgers
7 stellen, kann der Planetenradträger 7 nicht mehr relativ zum Kegelrad 5 umlaufen,
so daß also durch den formschlüssigen Angriff der das Kegelrad 8 durchgreifenden
Zapfen 9b an den vorstehenden Achsenden 7a des Planetenradträgers 7 die Drehbewegung
des somit starr wirkend mit den Planetenrädern 6 gekuppelten Antriebsrades 5 übersetzungslos
direkt auf die Getriebeabtriebswelle 4 übertragen wird. Diese Schaltstellung
wird
erreicht, wenn ein um eine die Papierachse lotrecht kreuzende nicht dargestellte
Achse schwenkbeweglich betätigbarer Schalthebel 15 bezüglich der Zeichnung nach
links gegen die druckfederbelastete Schaltklaue 11 bewegt wird.
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Im Falle eines einstufigen, zwei Schaltstellungen ermöglichenden
Getriebes, ist die Getriebeabtriebswelle 4 über eine axial steckbare Klauenkupplung
4a mit einem Getriebeabtriebsteil 10 steckverbunden. Das Getriebeabtriebsteil 10
kann z.B., wie dargestellt, eine Kugelgelenkpfanne zum Anschluß eines Kreuzgelenkkopfes
einer Gelenkwelle sein.
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In dem in der Figur dargestellten Fall eines zweistufigen Getriebes
- Stufen I und II - greift die Klauenkupplung mit ihren Klauen 4a in Kupplungsausnehmungen
5c des kombinierten Stirn-Kegelrades 5 der zweiten Getriebestufe II ein.
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Die zweite Getriebestufe II besteht aus denselben Bauteilen wie die
oben geschilderte und in der Zeichnung links dargestellte erste Getriebestufe I.
Auch bei der zweiten Getriebestufe II ist die Schaltklaue 11 durch eine Schraubenfeder
13 vorgespannt, in dieser Stufe jedoch in den direkten Gang, bezüglich des Getriebeschaltteils
9 also in dessen linke Stellung (in der Figur ist auch in der zweiten Stufe der
Übersicht halber die Leerlaufstellung gezeichnet). Diese Vorfixierung des Getriebeschaltteils
9 der zweiten Getriebestufe II in den direkten Gang hat den Vorteil, daß zur Überführung
des Getriebeschaltteils in die dem untersetzten Gang entsprechende rechte Stellung
auch hier lediglich der Schalthebel 15 durch Schwenken nach rechts wegdrückend auf
die Schaltklaue 11 einzuwirken braucht.
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Mit dem dargestellten, zwei Schaltstufen aufweisenden Getriebe, lassen
sich drei Gänge im Übersetzungsverhältnis 1:1, 1:2 und 1:4 schalten, je nachdem,
ob in beiden Stufen keine Ubersetzung, in beiden Stufen jeweils eine Untersetzung
oder in der einen Stufe keine und in der anderen eine Untersetzung eingeschaltet
wurde. Da nach Möglichkeit und - wie es das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt
- drei Gänge (ohne Leerlauf) von nur zwei Schaltstellungen des Schalthebels 15 geschaltet
werden sollen, ist dementsprechend vorgesehen, daß die Ausgangs-Schaltstellungen,
die durch die Federn 13 aufrechterhalten werden, in beiden Stufen unterschiedlich
ist.
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Das Getriebe ließe sich auch als dreistufiges Getriebe mit den Untersetzungen
1:1, 1:2, 1:4, 1:8 auslegen. Es wären dann drei gleiche, jeweils als Baugruppe vormontierbare,
Getriebestufensätze koaxial. hintereinander anzuordnen.
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