DE609441C - Schnellganggetriebe mit Freilaufeinrichtung, insbesondere fuer Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schnellganggetriebe mit Freilaufeinrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, unter Verwendung eines Umlaufrädergetriebes nut zwei ständig in Eingriff stehenden, innen- und außenverzahnten Räderpaaren, dessen Umlaufräderträger mit dem Getriebegehäuse oder mit einer der Hauptwellen kuppelbar ist, und von Federbandkupplungen.

Es sind Übersetzungsgetriebe bekannt, die als Umlaufinnengetriebe ausgebildet sind und bei welchen der Gangwechsel durch verschiebbare Klauenmuffen herbeigeführt wird. Diese Kupplungsglieder sind starr und lassen daher bei auftretendem Kraftwechsel keine Lösung der Kuppelstelle im Sinne des Freilaufs zu. Bei Schnellganggetrieben insbesondere wird dies als Nachteil empfunden, weil die ungleich größere lebendige Kraft des Wagens durch die Bremswirkung des ständig mitlaufenden Motors für die Fahrt nicht voll ausgenutzt werden kann.

Es sind Freilaufeinrichtungen bekannt, bei

welchen die Hauptwellen durch ein Federband verbunden sind, das diese in der einen Kraftrichtung miteinander kuppelt, in der anderen Kraftrichtung hingegen selbsttätig löst, so daß der Wagen im Freilauf gehalten werden kann. Die Hauptwellen können hierbei wahlweise durch eine einrückbare Klauenkupplung derart miteinander verbunden werden, daß die .Wirkung der Federbandkupplung ausgeschaltet wird, um die für den Verkehr nötige Sicherheit zu schaffen. Diese Freilaufeinrichtungen sind entweder unmittelbar hinter dem Wechselgetriebe angeordnet oder aber durch Zusammenbau mit einzelnen Getriebezahnrädern in das-Wechselgetriebe hineinverlegt.

Die Erfindung besteht darin, daß ein Federband zwischen einem Bund des Umlaufräderträgers und einem Bund der einen Hauptwelle mit axialem Spiel eingefügt ist und durch eine Schaltmuffe entweder gegenüber dem Getriebegehäuse oder gegenüber dieser Hauptwelle vorgespannt wird. Dieses Federband wirkt in dem einen Gang, beispielsweise im Schnellgang, als Federbandkupplung, nur in einer Kraftrichtung, die in diesem FaE vom Motor bestimmt ist, in dem anderen Gang jedoch, beispielsweise im direkten Gang, als elastische Kupplung in beiden Kraftrichtungen. In beiden Gängen geht das Kuppeln des Umlaufräderträgers allmählich, also außerordentlich weich vor sich, da die Gänge jeweils nur über die Leerlaufstellung des Getriebes geschaltet werden können, aus welcher heraus der voreilende Umlaufräderträger durch den Reibungsschluß des Federbandendes erst allmählich beim direkten Gang auf die Drehzahl der treibenden Welle, beim Schnellgang hingegen vollständig abgebremst wird. Durch diese Ausnutzung des Federbandes als Kuppel- wie auch als Freilaufglied läßt sich ein einfacher und gedrängter Aufbau des Schnellganggetriebes erreichen, den die bisherigen Ausführungen

nicht aufzuweisen hatten. Durch das sanfte Schalten der Gänge wird nicht nur das Geräusch, sondern mangels stoßartiger Beanspruchungen auch die Abnützung des Getriebes wesentlich vermindert.

Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung hervor. Hierin ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel, und zwar an ίο einem hinter dem gebräuchlichen Wechselgetriebe angeordneten Schnellganggetriebe, veranschaulicht. Es zeigt:

Fig. ι einen senkrechten Hauptschnitt durch das Getriebe,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie w-x-y-z in Fig. i,

Fig. 3 einen Schnitt durch das Federbandende und

Fig. 4 eine Ansicht des Getriebes, teilweise im Schnitt, gemäß der Fig. i.

Mit dem Ende der treibenden Welle ι ist ein mit Innenverzahnung versehener Zahnkranz 2, mit dem Ende der gleichachsig zu ihr angeordneten getriebenen Welle 3 ein Zahnritzel 4 verbunden. Die Wellen 1, 3 sind unter Vermittlung der Büchse 25 ineinander und durch je ein Kugellager 23, 24 im Getriebegehäuse 13 gelagert. Zwischen den Rädern 2, 4 ist eine hohle Welle 5 parallel, jedoch exzentrisch zu 30. _s den Wellen 1, 3 angeordnet. Mit dieser Welle 5 ist ein Zahnritzel 6, das mit dem Zahnkranz 2 bei A in Eingriff steht, und ein Zahnkranz 7, der mit dem Zahnritzel 4 bei B in Eingriff steht, fest verbunden. Die Räder 6 und 7 sind die Umlaufräder des Getriebes. Zwischen den Rädern 6, 7, durch die Räder 2, 4 gegen Längsverschiebung gesichert, ist die Welle 5 unter Vermittlung der Rollen 8 in dem als Ring ausgebildeten Umlaufräderträger 9 drehbeweglich gelagert. Der Umlaufräderträger 9 selbst ist unter Vermittlung der Rollen 11 im Gehäuse 13 gleichachsig zu den Wellen 1, 3 gelagert.

Zwischen dem Träger 9 und dem Zahnkranz 2 ist ein Federband 12 gleichachsig zu den Wellen 1, 3 eingefügt. Das eine Ende Ι2^δ des Federbandes liegt auf einem Bund 2^a des Zahnkranzes auf, während das andere Ende 12" des Federbandes in einen seitlichen Bund 9° des Umlaufräderträgers bei 16 eingehakt ist. Das Federband 12 wird durch den äußeren Umfang des Zahnkranzes 2 mit erheblichem Spiel geführt. Im Gehäuse 13 ist eine Schaltmuffe 10, durch den Keil 15 gegen Drehung gesichert, längsverschiebbar gelagert. Diese Muffe 10 umfaßt das Federband 12 mit geringem Spiel. Der am Ende der Muffe ausgebildete Bund io^a liegt auf dem freien Ende 12⁶ des Federbandes auf. In der Muffe 10 sind die Lagerrollen 11 des Umlaufräderträgers 9 -geführt. Ein weiterer, durch den Sprengring 21 am gegenüberliegenden Ende der Muffe 10 gebildeter Bund greift an den Rollen 11 seitlich an. Die Muffe 10 wird durch eine Schaltgabel, deren Zapfen 14 in das Innere des Gehäuses 13 ragen, angetrieben.

Durch das Federband 12 kann der Umlaufrad erträger 9 entweder mit der feststehenden Muffe 10 oder mit dem Rad 2 gekuppelt werden. Zu diesem Zweck wird das Federband 12 mit Hilfe der Muffe 10 gegenüber dem Bund io° der Muffe oder aber gegenüber dem Bund 2⁰ des Rades vorgespannt. Im ersten Falle, der dem Schnellgang entspricht, wird die Schaltgabel 14 im Sinne des Pfeiles S bewegt, wobei sich das freie Ende I2⁶ des Federbandes vom Bund 2^a des Rades und der Bund 21 der Muffe von den Rollen 11 des Umlaufräderträgers abhebt. Im zweiten Falle, der dem direkten Gang entspricht, wird die Schaltgabel 14 im -Sinne des Pfeiles D bewegt, wodurch sich der Bund xo^a der Muffe vom freien Ende Ι2^δ des Federbandes entfernt, während der Bund 21 der Muffe den Umlaufräderträger 9 unter Vermittlung der Rollen 11 mitnimmt, so daß der Träger 9 an den axial unverschiebbaren Rollen 8 entlang gleitet.

Im einzelnen wirkt das Getriebe auf die folgende Weise: Beim Anfahren steht das Rad 4 der getriebenen Welle 3 fest, während das Rad 2 der treibenden Welle 1 im Sinne des Pfeiles M₂ fortbewegt wird. Der Umlaufräder- go träger 9 läuft unter Mitnahme des lose zwischen den Bunden 2°, io^a bzw. g^a sitzenden Federbandes 12 im Sinne des Pfeiles M₉, also gleichsinnig und, durch den Zwanglauf der Umlaufräder 6, 7 bedingt, mit höherer Drehzahl als das Rad 2 um. In dieser L'eerlaufstellung ist keine Kraftübertragung vom Rad 2 auf das Rad 4 möglich. Wird nun das Federband 12 gegenüber dem Bund io^a vorgespannt, so wird sein freies Ende 12* durch den Reibungsschluß an diesem Bundio⁸ allmählich festgehalten, während das andere Ende I2^a des Federbandes durch den Umlaufräderträger noch fortbewegt wird. Dies hat zur Folge, daß das Federband 12 sich allmählich aufrollt, d. h. sein Windungsdurchmesser vergrößert sich so lange, bis der äußere Umfang der Windungen mit dem inneren Umfang der Muffe 10 zur Anlage kommt. Während dieser Zeit wird der Umlaufräderträger 9 abgebremst und^: schließlieh gegenüber der Muffe 10 und damit gegenüber dem Gehäuse 13 festgestellt. Die Kraftübertragung des so geschalteten Schnellgangs . erfolgt von dem in Eingriff stehenden Räderpaar 2, 6 über die festgelagerte Zwischenwelle 5 auf das in Eingriff stehende Räderpaar 4, 7. Die Welle 3 läuft hierbei im Sinne des Pfeiles M₄, also in gleicher Richtung wie die Welle 1, jedoch mit einer höheren, und zwar dem Durchmesserverhältnis der Räder 2, 4 entsprechend höheren Drehzahl um. Die in den Eingriffspunkten A₁ B auftretenden Zahndrücke üben hierbei auf die

Lagerrollen 8 einen Auflagerdruck, auf den Umlaufräderträger 9 ein Auflagermoment aus, welches das -Federband 12 dauernd im aufgerollten Zustand und damit seine Wirkung als Federbandkupplung aufrechterhält.

Wechselt nun die Kraftrichtung, nicht aber die Drehrichtung der Bewegung, wie dies der Fall ist, wenn der Wagen vermöge seiner lebendigen Kraft treibt, so kann man sich das Rad 4 im Sinne des Pfeiles »₄ treibend, das Rad 2 hingegen festgehalten denken. Der Umlaufräderträger 9 wird jetzt die Neigung haben, im Sinne des Pfeiles n₉', also in umgekehrter Richtung wie das Rad 4 und mit höherer Drehzahl wie dieses, umzulaufen. Dabei wird das mit dem Umlaufräderträger verbundene Ende 12" des Federbandes mitgenommen, während das freie Ende 12* des Federbandes durch den Reibungsschluß am Bund io^a der Muffe noch fest- gehalten bleibt. Dies hat zur Folge, daß das Federband 12 eingerollt wird, d. h. sein Windungsdurchmesser verkleinert sich so lange, bis der äußere Umfang der Windungen sich vom inneren Umfang der Muffe 10 abhebt. Der durch die Vorspannung des Federbandes 12 erzeugte Reibungsschluß wird nun, da die Wirkung des Federbandes 12 als Federbandkupplung aufgehoben ist, allmählich überwunden, und der Umlaufräderträger 9 kann unter Mitnahme des Federbandes 12 der ihm aufgezwungenen Bewegung folgen. Dieser sich beim Kraftwechsel im Schnellgang selbsttätig einstellende Lerrlauf des Getriebes entspricht dem Freilauf. Das auf das Federband 12 hierbei dauernd ausgeübte Reibungsmoment hat die Neigung, das Federband weiter einzurollen, welchem Bestreben jedoch das Federband vermöge seiner Drehungssteifigkeit widersteht. Durch den erheblichen Abstand zwischen demäußeren Umfang des Rades 2 und dem inneren Umfang der Federbandwindungen ist dafür Sorge getragen, daß das Federband 12 beim Einrollen nicht etwa das Rad 2 festhält.

Der Übergang vom Schnellgang in den direkten Gang (oder umgekehrt) vollzieht sich, der Umkehrung der Schaltrichtung S in die Schaltrichtung D zufolge, über die Leerlaufstellung des Getriebes. In dieser läuft der Umlaufräderträger, wie bereits ausgeführt, unter Mitnahme des Federbandes 12 im Sinne des Pfeiles ?z₉, also in gleicher Richtung wie das Rad 2, jedoch mit höherer Drehzahl, um. Wird nun das Federband 12 gegenüber dem Bund 2^a des Rades vorgespannt, so wird das freie Ende 12⁶ des Federbandes durch den Reibungsschluß an diesem Bund 2° allmählich festgehalten. Durch den Vorlauf des mit dem Umlaufräderträger 9 verbundenen Federbandendes 12⁰ würde das Federband 12 in ähnlicher Weise wie beim Schalten des Schnellganges zum Aufrollen kommen. Dies ist jedoch aus zwei Gründen nicht möglich. Erstens ist die Relativgeschwindigkeit zwischen den beiden Federbandenden i2^e, I2,⁶ welche der Relativgeschwindigkeit der" Bunde 2^a und g^a entspricht, geringer als jene der Bunde g^a und io^a im Falle des Schnellganges und zweitens ist die durch den Schaltweg im Sinne des Pfeiles D erteilte Vorspannung des Federbandes 12 größer als jene im Sinne des Pfeiles S. Dies hat zur Folge, daß die Relativbewegung der Federbandenden 12° und I2^& im Sinne des Aufrollens des Federbandes gehemmt wird, ehe noch die Federbandwindungen sich an die Muffe 10 anlegen. Das in das Rad 2 eingeleitete Drehmoment wird somit durch das drehungssteife Federband 12 hindurch auf den Umlaufräderträger 9 übertragen, nachdem dieser bis auf die Drehzahl «₂ des treibenden Rades 2 abgebremst ist. In dem auf diese Weise geschalteten direkten Gang laufen alle Teile des Getriebes, also der Umlaufräderträger 9, die Zwischenwelle 5, die Räder 2,4, im gleichen Sinne und mit der gleichen Drehzahl um. Wechselt hierbei die Kraftrichtung, nicht aber die Drehrichtung der Bewegung, so kann eine selbsttätige Lösung dieser Kuppelstellung, bei welcher das Federband 12 als Reibungskupplung wirkt, nicht eintreten. Ein Freilauf des Wagens im direkten 'Gang ist somit ausgeschlossen.

Zwischen dem Umlaufräderträger 9 und der als Deckel 22 ausgebildeten Hinterwand des Gehäuses 13 ist ein zweites Federband 17 gleichachsig zu den Wellen 1, 3 in -das Getriebe eingefügt. Dieses Federband 17 wird durch einen zylindrischen Ansatz 19 des Umlaufräderträgers 9 geführt. Das eine Ende 17° des Federbandes liegt auf dem Bund i8^a einer zweiten Schaltmuffe 18 auf, während das andere Ende 17^s des Federbandes in einen seitlichen Bund 9^B des Umlaufräderträgers 9 eingehakt ist. Die Muffe 18 umfaßt das Federband 17 mit geringem Spiel. Sie ist im Gehäuse 13, ähnlich wie die Muffe 10, längsverschiebbar gelagert. Die Muffe 18 wird durch eine Schaltgabel 20 verstellt, deren Aufbau im wesentlichen jenem der Schaltgabel 14 entspricht.

Durch das Federband 17 kann der Umläufräderträger unter Umgehung des Federbandes 12 mit dem feststehenden Gehäuse 13 gekuppelt werden. Diese zweite Kuppeleinrichtung dient zur willkürlichen Ausschaltung des Freilaufs, wenn aus irgendeinem Grunde der Motor als Bremse für den treibenden Wagen herangezogen werden soll. Das Federband 17 wird zu diesem Zweck mit Hilfe der Muffe 18, die durch die Schaltgabel 20 im Sinne des Pfeiles F . verschoben wird, gegenüber dem Bund 18° der Muffe vorgespannt. '

Die Wirkungsweise dieses Federbandes 17 ist jener des Federbandes 12 entgegengesetzt.

Im Freilauf läuft der Umlaufräderträger 9 unter Mitnahme des Federbandes 17, wie bereits ausgeführt, im Sinne des Pfeiles n₉', also entgegengesetzt zur treibenden Welle 3 und mit höherer Drehzahl wie diese, um. Wird nun das freie Ende 17° des Federbandes gegenüber dem Bund i8^a der Muffe vorgespannt, so hält der Reibungsschluß dieses Federbandende xy^a fest, während das mit dem Bund o,⁶ des Umlaufräderträgers verbundene Federbandende I7⁶ fortbewegt wird. Dies hat zur Folge, daß die Windungen des Federbandes 17 sich allmählich unter Vergrößerung ihres Durchmessers aufrollen, bis sie an der Muffe 18 zur Anlage kommen. Während dieses Vorganges wird der Umlaufräderträger 9 bis zum Stillstand abgebremst. Sobald der Träger 9 gegenüber dem Gehäuse 13 festgestellt ist, erfolgt die Kraftübertragung vom Rad 4 über die ao festgelagerte Zwischenwelle 5 auf das Rad 2 entsprechend der Übersetzung des Schnellgangs. Durch die Vorspannung des Federbandes 17 darf die Wirkungsweise des Federbandes 12 nicht beeinträchtigt werden. Zu diesem Zweck ist die Vorspannung des Federbandes 17 Meiner gewählt als die Vorspannung des Federbandes 12 im Sinne des Schaltweges S.

Die Federbänder 12 und 17 werden an ihrem äußeren Umfang geschliffen und mit genauen Abmaßen in die Muffen 10 und 18 eingepaßt. Desgleichen sind die Federbandenden 12°, 12⁶ und 17^s, xy^h genau winkelrecht zum Umfang abgeschliffen und, der Leerlaufstellung des Getriebes entsprechend, zwischen den Bunden 2^a, io°, 9" und i8^ffi, g^h eingepaßt. Die Größe dieser Passungen ist in der Zeichnung übertrieben dargestellt.

Um das Auftreten des Reibungsschlusses am Federbandende I2^&, das auf den Bunden 2^a, io^a gleichzeitig aufliegt, zu begünstigen, kann dieses Federbandende, wie Fig. 3 zeigt, der Länge nach geschlitzt werden. Trotz der einseitigen Auflage der Bunde bei vorgespanntem Federband kann in diesem Fall ein sehr weiches Greifen der Kupplung und damit ein sanfter Übergang des Getriebes von einem Betriebszustand in den anderen erreicht werden.

Durch die Zahndrücke wird auf die Zwischenwelle 5 ein Kippmoment in bezug auf die Lagerstelle 8 ausgeübt. Diese Zahndrücke sind beim Schnellgang einander gleich, beim direkten Gang hingegen dem Übersetzungsverhältnis entsprechend verschieden. Die Entfernungen der Lagerstelle 8 von den -Ebenen A, B des Zahneingriffs lassen sich derart wählen, daß das von den Rollen 8 aufzunehmende Kippmoment in beiden Gängen einen Mindestwert annimmt. Hierzu ist es nötig, das Verhältnis der Entfernungen der Lagerstelle 8 von den Ebenen A und B im umgekehrten Verhältnis der zugehörigen Zahndrücke, und zwar als Mittelwert für beide Gänge, zu bemessen.

Es sind Abänderungen des Ausführungsbeispiels möglich. Die Federbänder 12, 17 können ihre Stellung im Gehäuse 13 tauschen, wobei das Federband 12 an einem Bund des getriebenen Rades 4 zum Anliegen kommen würde. Statt je eines Federbandes 12 oder 17 können deren mehrere als Kupplungsglieder dienen. Die Hauptwellen 1, 3 können auch parallel und exzentrisch zueinander angeordnet sein, wodurch sich jede beliebige und nicht nur die Schnellgangübersetzung ausbilden ließe. Durch all diese Abänderungen wird das Wesen der Erfindung im einzelnen nicht berührt.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   i. Schnellganggetriebe mit Freilaufeinrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, unter Verwendung eines Umlaufrädergetriebes mit zwei ständig in Eingriff stehenden, innen- und außenverzahnten Räderpaaren, dessen Umlaufräderträger mit dem Getriebegehäuse oder mit einer der Hauptwellen kuppelbar ist, und von Federbandkupplungen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Federband (12) zwischen einem Bund (12°) des Umlaufräderträgers (9) und dem Bund. (2^a) einer Hauptwelle (1) mit axialem Spiel eingefügt ist und durch eine Schaltmuffe (10) entweder gegenüber dem Getriebegehäuse (13) oder gegenüber dieser Hauptwelle (1) vorgespannt werden kann.
2. 2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als zylindrische Hülse ausgebildete Schaltmuffe (10) unmittelbar im Getriebegehäuse (13) gelagert ist und in diesem gegen Drehung gesichert nach beiden Richtungen (D, S) axial verschoben werden kann.
3. 3. Getriebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der als Ring ausgebildete Umlaufräderträger (9) in der Schaltmuffe (10) drehbar gelagert und unter Vermittlung eines Bundes (21) der letzteren in der einen Richtung (D) axial verschiebbar ist.
4. 4. Getriebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Federband (12) mit geringem radialem Spiel in der Schaltmuffe (10) gelagert ist und unter Vermittlung eines Bundes (io^a) der letzteren in der anderen Richtung (S) axial vorgespannt werden kann.
5. 5. Getriebe nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das an dem Bund (2^a) der Hauptwelle (1) oder an dem Bund (io°) der Schaltmuffe (10) angreifende freie Ende (ΐ2^δ) des Federbandes (12) der Länge nach geschlitzt ist.
6. 6. Getriebe nach Anspruch ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Federband (17) zwischen einem zweiten Bund (9^δ) des Umlaufräderträgers (9) und dem Bund (i8^a) einer zweiten Schaltmuffe

   (18) eingefügt ist und durch letztere axial vorgespannt werden kann, um die durch das Federband (12) im Freilauf des Wagens selbsttätig aufgehobene Kuppelstellung willkürlich wiederherzustellen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen