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Geschwindigkeitswechselgetriebe Die Erfindung betrifft ein Geschwindigkeitswechselgetriebe,
dessen einzelne Stufen wahlweise selbsttätig oder willkürlich ein-und ausschaltbar
sind. Die selbsttätige Ein-und Ausschaltung erfolgt entsprechend dem jeweiligen
in der angetriebenen Welle auftretenden geringeren oder größeren Widerstand, während
die willkürliche Ein- und Ausschaltung der Geschwindigkeitsstufen und des Frei-
und Rückwärtsganges durch besondere Bedienung eines Fußhebels o. dgl. erfolgt.
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Geschwindigkeitswechselgetriebe mit entsprechend dein Verhältnis zwischen
Antriebskraft und Belastung des Motors selbsttätig ein- und ausrückbaren Geschwindigkeitsstufen
sind bekannt. Gegenüber den bekannten Getrieben dieser Art zeichnet sich der Gegenstand
der Erfindung insbesondere dadurch aus, daß jede Stufe sowohl willkürlich als auch
selbsttätig ein- und ausrückbar ist. Ferner erfolgt das selbsttätige Ein- und Ausrücken
der Stufen unter Vermeidung von Kraftverlusten und geräuschlos sowie ohne Kraftumwandlung.
Außerdem ist die bei selbsttätig ein- und ausrückbaren Getrieben in erhöhtem Maße
erforderliche Betriebssicherheit dadurch gewährleistet, daß keine miteinander zusammenwirkende
Zahnräder zu kuppeln oder zu entkuppeln sind. Als Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist auf der Zeichnung ein Automobilgetriebe schematisch dargestellt. Es ist angenommen,
daß der Motor rechtsherum umläuft. Der Pfeil zeigt nach dem Motor hin. Abb. I und
4 zeigen das in Seitenansicht dargestellte Getriebe; Abb. 2 ist ein wagerechter
Schnitt nach der Linie A-B der Abb. I, und Abb. 3 ist ein Querschnitt nach der Linie
C-D der Abb. 2.
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In den Rahmenteilen I, I', I'' sind die Motorwelle 2 und in ihrer
Verlängerung die Getriebewelle 3 und die Antriebswelle 4 gelagert. Die Getriebewelle
3 ist mit der Motorwelle 2 derart gekuppelt, daß beide Wellen mit verschiedener
Drehzahl umlaufen können. Auf den beiden aneinanderstoßenden Enden der Wellen 2
und 3 ist ein zylindrisches Gehäuse 4' gelagert, das zur Hälfte über die Motorwelle
2 und zur anderen Hälfte über die Welle 3 greift. An diametral gegenüberliegenden
Stellen sind in dem Gehäuse zwei Längsschlitze 5 vorgesehen, in die je- ein an der
Welle 2 starr befestigter Arm 6 greift. Das Gehäuse q.' muß also an der Drehung
der Welle 2 teilnehmen. Die Arme 6 dienen gleichzeitig als Widerlager für eine Feder
7, die in dem über die Welle 2 greifenden Teil des Gehäuses d.' angeordnet ist.
Die Stirnwand dieses Gehäuseteiles
bildet das andere Widerlager
für die Feder. Die andere, über die Welle 3 greifende Hälfte des Gehäuses 4' ist
starkwandig ausgeführt und innen mit einem Steilgewinde 8 versehen, das mit einem
entsprechenden Gewinde der Welle 3 in Eingriff steht. Jedes Ende 9 des Gehäuses
ist konisch ausgebildet und kann beim axialen Verschieben des Gehäuses mit dem Kupplungskonus
Io bzw. II in Eingriff gebracht werden, die konzentrisch zu den Wellen 2 bzw. 3
auf denselben drehbar gelagert sind.
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Mit der Kupplung Io ist ein Zahnrad I2 und mit der Kupplung II ein
Zahnrad I3 starr verbunden. Das Zahnrad I2 kämmt mit Zahnrädern 14, 14', die auf
den parallel zu den Wellen 2, 3, 4 verlaufenden Wellen 15, 15' aufgekeilt sind.
Das Zahnrad 13 steht unter Vermittlung der Zahnräder 16, 16' mit den Zahnrädern
17, 17' in Eingriff, die ebenfalls auf den Wellen 15, 15' aufgekeilt sind. Es ist
ersichtlich, daß eine Drehung der Kupplung II infolge der zwischengeschalteten Zahnräder
16, 16' eine Drehung der Wellen 15, 15' hervorruft, die der durch die Kupplung IO
auf die Wellen 15, 15' übertragenen Drehung entgegengesetzt ist.
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Die Wellen 15, 15' sind in den Rahmenteilen I, I' I" drehbar gelagert
und liegen mit den Wellen 2, 3, 4 in einer Ebene. Die zwischen den Rahmenteilen
I' und I" befindlichen Teile der Wellen 15, 15' sind als Spindeln 18, 18' ausgebildet,
die in die mit entsprechenden Gewinden versehenen Bohrungen eines Ringes I9 eingreifen,
der gleichzeitig durch die Spindeln 18, 18' abgestützt ist. Eine Drehung des Ringes
ist infolge seiner Lagerung auf den beiden Spindeln nicht möglich; infolgedessen
muß sich der Ring axial verschieben, wenn sich die stets in gleichem Drehsinn zueinander
umlaufenden Spindeln I8, I8' drehen. An vier paarweise gegenüberliegenden Stellen
des Ringes I9 sind vom äußeren zum inneren Umfang des Ringes durchgehende Aussparungen
2O vorgesehen, die als Käfige für um ihre in der Ringebene liegende Längsachsen
drehbare Reibungswalzen 2I dienen, deren Mäntel nicht zylindrisch, sondern nach
einer geeigneten Kurve gebogen sind. In radialer Richtung des Ringes sind die Walzen
2I abgefedert.
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An der oberen Kante des Ringes I9 ist eine längsverschiebbar in den
Rahmenteilen I, I', I" gelagerte Zugstange 44 starr befestigt, an der ein Fußhebel
45 angelenkt ist. Eine an der Zugstange angeordnete Feder 46 beeinflußt den unteren
Arm 47 des Fußhebels 45 und hält ihn in einer bestimmten Lage fest. Der Arm 47 des
Fußhebels ist mit einem Zapfen 48 in einer an ihrem einen Ende erweiterten Kulisse
49 gelagert, die an dem Rahmenteil I' mittels des Gelenkstückes 50 und an dem Rahmenteil
I mittels des Winkelhebels 5I derart gelenkig befestigt ist, daß die Kulisse gleichzeitig
in ihrer Längsrichtung und parallel zu sich selbst auf- und abwärts schwingbar ist.
An dem Winkelhebel 5I ist ein am Rahmenteil I gelenkig gelagerter Lenker 52 gelenkig
angeschlossen, der mit dem Kupplungskonus IO verbunden ist.
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An dem Rahmenteil I" ist eine Vorrichtung angeordnet, die es ermöglicht,
eine mittels des Fußhebels 45 und der Zugstange 44 oder mittels der sich drehenden
Spindeln I8, I8' hervorgerufene Verschiebung des Ringes I9 stoßweise vorzunehmen
und eine genaue Einstellung des Ringes I9 zu erzielen. Zu diesem Zweck hat die Zugstange
an ihrer unteren Fläche mehrere gewölbte Aussparungen 53 bzw. nockenartige Erhöhungen
53', die mit einem unter der Wirkung einer Feder 54 stehenden Rad 55 in Eingriff
gebracht werden können. Das Rad 55 wirkt daher einer Verschiebung der Zugstange
44 bzw. des Ringes I9 entgegen, und es muß erst der Widerstand der Feder 54 überwunden
werden, bevor die Zugstange 44 bzw. der Ring I9 genau um das Maß einer Aussparung
53 weitergerückt wird.
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Auf der Getriebewelle 3 sind zwischen den Rahmenteilen I und I" die
Übersetzungsstufen des Geschwindigkeitswechselgetriebes angeordnet. Die Stufe 22
ist für Rückwärtsgang, die Stufe 23 für Freilauf bestimmt, und die Stufen 24, 25,
26 sind die erste, zweite und dritte Geschwindigkeitsstufe. Sämtliche Stufen, mit
Ausnahme der Freilaufstufe 23, sind als Planetengetriebe ausgebildet. Diese Getriebe
sind in Bremscheiben 28 eingebaut, die mit ihren Naben lose auf der Welle 3 laufen.
Die beiden Planetenräder 34 sind mit einer Reibscheibe 31 auf der Planetenwelle
aufgekeilt. Gelagert ist diese Welle in den Platten 27, die wiederum sich auf den
Naben der Bremsscheiben 28 drehen.
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Die Reibscheiben 31 sind bei ausgerückter Stufe mittels der Bremsscheiben
28 in der Weise abgebremst und an der Drehung um ihre Wellen dadurch verhindert,
daß die Ränder 29 zweier Aussparungen 3o der unter der Wirkung von Federn 32 stehenden
Bremsscheiben 28 gegen die auf den Wellen 30' gelagerten Reibscheiben 31 gepreßt
werden. Die Federn 32 sind auf Stützen befestigt, die an den Platten 27 gelagert
sind. Die Bremsscheiben 28 sind an ihrem äußeren Umfang mit .einem zylindrischen
Kranz 33
versehen, der an der Drehung der Scheiben
teilnimmt.
Die einzelnen Übersetzungsstufen sind untereinander mittels ineinandergreifender
Zahnräder 34, 35 gekuppelt, wobei die Zahnräder 35 zweier benachbarter Stufen starr
miteinander verbunden sind, aber lose auf Welle 3 sitzen, so daß die eingerückte
Stufe ihre Drehung auf die benachbarten Stufen überträgt. Der Quotient in der Reihe
der Übersetzungsverhältnisse ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel gleich
zwei. In der Freilaufstufe 23 sind die Zahnräder 35 durch Scheiben ersetzt. Die
Übersetzungsstufen laufen lose auf der Getriebewelle 3: nur das vordere Rad 36 der
Rückwärtsstufe 22 ist auf der Welle 3 und das hintere Rad 37 der niedrigsten Stufe
26 auf der angetriebenen Welle 4 aufgekeilt.
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Die Freilaufstufe 23 besteht aus einem mehrteiligen Ring 38, an dessen
äußerem Umfang ein entsprechend unterteilter zylindrischer Kranz 39 starr befestigt
ist. Der innere Umfang des Ringes 38 ist mit einem beiderseitigen, nach außen spitz
zulaufenden Wulst 40 versehen. Der Ring 38 wird mit seinen Wulsten 4o mittels radial
innerhalb des Ringes angeordneter Federn 41 nach außen gegen entsprechende Ansätze
42 von Scheiben 43 gepreßt, wodurch eine Reibungskupplung zwischen den Scheiben
43 und dem Ring 38 bzw. zwischen ihren Ansätzen 42 und Wulsten 4o hergestellt ist.
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Hinter der dritten Übersetzungsstufe sind zwei feste Tragringhälften
56 für den Ring I9 am Rahmenteil I" befestigt, deren Durchmesser dem Kranz 33 der
Übersetzungsstufen entspricht.
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Die Wirkungsweise des in den Abb.I und 2 auf die zweite Geschwindigkeitsstufe
eingeschalteten Geschwindigkeitswechselgetriebes ist folgende: Bei der in den Abb.
I und 2 dargestellten Lage des Gehäuses 4', in der seine konischen Enden 9 weder
in Eingriff mit dem Kupplungskonus IO noch mit dem Kupplungskonus II stehen, haben
die Wellen 2, 3 dieselbe Umdrehungszahl. Wenn sich der Arbeitswiderstand in der
angetriebenen Arbeitswelle 4 erhöht oder erniedrigt, so verringert bzw. vergrößert
sich, die Umdrehungszahl der mit der Welle 4 mittels der einzelnen Stufen des Geschwindigkeitswechselgetriebes
gekuppelten Welle 3, deren Umdrehungszahl alsdann auch von der Umdrehungszahl der
Motorwelle 2 abweicht. Daher wird das Gehäuse 4' entgegen der Wirkung seiner Feder
7 axial verschoben und entweder mit dem Kupplungskonus IO oder II in Eingriff gebracht.
Die Richtung der axialen Verschiebung des Gehäuses 4' hängt, abgesehen von der relativen
Drehrichtung der Wellen 2, 3 zueinander, davon ab, ob das Gewinde 8 ein Rechts-
oder Linksgewinde ist. Infolgedessen werden die Wellen 15, 15' unter Vermittlung
der Zahnräder I2, I4, I4' bzw. I3, I6, I6', I7, 17' in der einen oder der anderen
Richtunggedreht. Eine Drehung der Wellen I5, I5', die untereinander stets dieselbe
Drehrichtung haben, ruft die axiale Verschiebung des Ringes I9 in der einen oder
der anderen Richtung hervor. Wenn die Geschwindigkeitsstufe 25 (I : 4), die mittels
des Ringes I9 gemäß Abb. 2 eingeschaltet ist, die Drehung der Getriebewelle 3 zu
sehr hindert, so wird der Kupplungsteil 4' entgegen der Wirkung der Feder 7 auf
der Welle 3 so weit zurückgeschraubt, daß die Kupplungshälften 9 und II miteinander
in Eingriff gebracht werden. Infolgedessen wird der Ring I9 mittels der Zahnräder
I3, I6, I6', I7, I7' und der Spindeln I8, I8' so weit verschoben, daß nunmehr die
Stufe 24 (I : 3) eingerückt und die Stufe 25 ausgerückt ist. Die Hemmung der Welle
3 wird also verringert, und die Feder 7 schiebt den Kupplungsteil 4' näher an die
Kupplungshälfte Io heran. Wird die Hemmung der Welle 3 jetzt so sehr verringert,
daß die Feder 7, die stets gespannt ist, die Kupplungshälften 9, Io miteinander
in Eingriff bringen kann, so wird der Ring I9 auf die Stufe 25 zurückgeschoben.
Die mittels des Ringes I9 bewirkte Einschaltung einer Geschwindigkeitsstufe geht
in folgender Weise vor sich: Die Reibungswalzen 2I des Ringes I9 drücken auf den
zylindrischen Kranz 33 der Bremsscheibe 28 und verhindern seine bzw. die Drehung
der Scheibe 28. Hierdurch wird die betreffende Übersetzungsstufe in Tätigkeit gesetzt,
während die übrigen durch die Bremsung der Planeten als Ganzes in Verbindung mit
den Rädern 36 und 37 umlaufen. Bei einer Bremsung der Scheibe 28 werden die Ränder
29 der Aussparungen 3o entgegen der Wirkung der Federn 32 von den Reibscheiben 3I
entfernt, so daß die Planetenräder 34 mit ihrer Welle 3o' umlaufen können. Die zwischen
den Planeten 27 und der Scheibe z8 stattfindende Drehung wird dadurch unterbrochen,
daß die Stützen, auf denen die Federn 32 befestigt sind, gegen die Scheibe 28 stoßen.
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Wird der Ring ig über die Freilaufstufe 23 geschoben, so bewirken
die Reibungswalzen 21 ein Zusammenpressen des mehrteiligen Kranzes 39 des Ringes
38 entgegen der Wirkung der Federn 41. Die zwischen den Wülsten 4o des Ringes 38
und den Ansätzen 42 der Scheiben 43 vorhandene Reibung wird daher aufgehoben, und
es -tritt eine Drehung der Scheiben 43 ein, wodurch die Freilaufstufe eingeschaltet
ist.
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Ein selbsttätiges Einschalten der Freilaufstufe
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und ebenso der Rückwärtsstufe 22 ist nicht möglich, da der selbsttätigen, durch
das Gehäuse 4' hervorgerufenen Verschiebung des Ringes I9 eine Feder 57 hindernd
im Wege steht, die an dem Rahmenteil I' befestigt ist und sich gegen den Ring I9
legt, sobald er die Stufe 24 in Richtung der Freilaufstufe 23 verlassen will.
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Das Einschalten der Freilauf- und Rückwärtsstufe geschieht durch willkürliche
Bedienung des Fußhebels 45 unter Überwindung der Gegenkraft der Feder 57 und gleichzeitigem
Ausschalten der Wirkung des Gehäuses 4'. Außerdem kann mit Hilfe des Fußhebels 45
das Ein- und Ausrücken der Geschwindigkeitsstufe 24, 25, 26 vorgenommen werden,
wobei das Gehäuse 4' ebenfalls außer Wirkung gesetzt ist.
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Jede mittels des Hebels 45 ausgeführte willkürliche Verschiebung des
Ringes I9 aus den Stufen 24, 25, 26 und 56 in Richtung der Stufe 23 ist mit einer
Verringerung des Widerstandes der Welle 3 auf Grund des zunehmenden Übersetzungsverhältnisses
verbunden. Die Teile 9 und Io würden hierbei miteinander in Eingriff kommen und
selbsttätig eine solche willkürliche Verschiebung hindern. Die Teile 9 und Io kommen
jedoch hierbei deshalb nicht miteinander in Eingriff, weil der Druck auf den Fußhebel
zuerst gegen den Druck der Feder 46 die Kulisse 49 senkt und hierdurch die Kupplungshälfte
Io außerhalb des Bereiches des Teiles 4' bringt. Es können dann gewünschte Übersetzungen
hergestellt werden, und zwar auch der Freilauf-und Rückwärtsgang 23 bzw. 22. Die
Feder 57 hat eine doppelte Aufgabe: sie schaltet selbsttätig die Stufe 24 nach Aufhören
des Druckes auf den Fußhebel ein, der vorher willkürlich den Freilauf- oder Rückwärtsgang
eingerückt hat, zweitens zwingt die Feder 57 beim Einrücken des Freilauf- und Rückwärtsganges,
das nur willkürlich erfolgen kann, dazu, daß der Fußhebeldruck so stark ist, daß
die Kulisse 49 heruntergedrückt wird. Hierdurch ist das Kuppeln der Teile 9 und
Io verhindert.
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Wenn der Ring I9 mit den Reibungswalzen 21 bei stets abnehmendem Arbeitswiderstand
so weit zurückgeschraubt worden ist, daß er den Tragring 56 umschließt, so wird
der Fußhebel 45 und mit ihm der Zapfen 48 in die Erweiterung 59 der Aussparung der
Kulisse 49 zurückgeschoben. Die Kulisse senkt sich dann, so daß der mit ihr verbundene
Lenker 52 das Rad I2 in den Hohlraum 58 des Rahmenteils I hineinschiebt; hierdurch
wird verhindert, daß die Kupplungshälfte 9 mit der Kupplungshälfte Io in Eingriff
kommt und der Ring I9 gegen die Gehäusewand I'' anstößt.