DE625706C - Kupplungsvorrichtung fuer Wechselgetriebe, insbesondere von Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

In dem Bestreben, die Bedienung der Kraftfahrzeuge immer mehr zu vereinfachen, sind zahlreiche Vorschläge gemacht und bekanntgeworden, welche auf eine selbsttätige Schaltung des Getriebes hinzielen. Diese Vorschläge lassen sich in zwei Hauptgruppen unterteilen, deren erste auf die stufenlose, also stetige Änderung des Übersetzungsverhältnisses hinzielt, während die andere, von der Erkenntnis ausgehend, daß die üblichen Zahnrädergetriebe sich im jahrzehntelangen Betrieb bestens bewährt haben, an dem in Stufen erfolgenden Schalten festhalten.

Bei den Stirnrädergetrieben bereitet nun bekanntlich das stoßfreie Umschalten von einer Übersetzung zur anderen deshalb gewisse Schwierigkeiten, weil die neu in Eingriff zu bringenden Teile zunächst verschiedene Umlaufzahlen haben.

Man hat daher bereits Kupplungsvorrichtungen für Wechselgetriebe vorgeschlagen, welche aus einer auf ihrer Welle undrehbar, aber verschiebbar angeordneten Kupplungshülse mit radial beweglichen Klemmbacken bestehen, die gegen den Umfang nebeneinanderliegender, auf ineinandergelagerten Wellen von Getrieberädern befestigte Kupplungsscheiben gepreßt werden können, so daß durch Verschieben der Klemmbacken wahlweise die eine oder die andere Getrieberadwelle mit der Motorwelle gekuppelt wird.

Ein solches Getriebe erscheint in der Tat zur Ausbildung einer selbsttätigen Schaltvorrichtung deshalb geeignet, weil es bereits die beim Umschalten gewöhnlicher Getriebe auftretenden Stöße vermeidet, welche durch eine selbsttätige Steuerung kaum zu beherrschen wären. Allein mit der Beseitigung dieser Schaltstöße ist es für die Lösung des Problems eines selbsttätig schaltenden Getriebes noch nicht getan, denn zwischen den ruhenden und umlaufenden Teilen eines Getriebes herrscht ständig ein beträchtlicher Druck oder Rückdruck, und für das Umschalten von einem Gang in den anderen ist das Lösen der Kupplung-erforderlich, womit ein beträchtlicher Kraftaufwand über einen nicht unerheblichen Kupplungsweg, also eine große Arbeit zu leisten ist, welche eine zuverlässig arbeitende selbsttätige Unischaltvorrichtung nicht zu leisten vermag.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung zu schaffen, deren Betätigung ohne Aufwand von Kraft erfolgen kann, so daß die Kupplungsarbeit bei der Konstruktion des das selbsttätige Schalten bewirkenden Reglers völlig außer Betracht bleiben kann. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einer Kupplung, die in einer auf ihrer Welle undrehbar, aber verschiebbar angeordneten Kupplungshülse mit radial beweglichen Klemmbacken besteht, welche

gegen den= -Umfang nebeneinander liegen der gleich großer, auf ineinandergelagerten Wellen von Getrieberädern befestigter Kupplungsscheiben gepreßt werden können, gemäß der Erfindung die Klemmbacken durch axiales Verschieben mittels Stiften in Eingriff gebracht werden können, die ihrerseits von zweiarmigen Hebeln gesteuert werden, weiche unter dem Druck von Federn sowie von ίο federbelasteten Rollen stehen, die längs der Hebel derart verschiebbar sind, daß sie zu beiden Seiten der Hebelachsen angreifen und die durch die Federn auf die Stifte ausgeübte Kraft überwiegen können.
Fig. ι der Zeichnung läßt einen Schnitt durch die Reihenkupplung erkennen. Die mit der Motorwelle fest verbundene Trommel ι nimmt mittels Nut und Keil 2 den Kupplungsring 3 mit. Der Kupplungsring 3 ist innen kegelförmig. Der Kegelwinkel ist so groß, daß eine Selbsthemmung durch Reibung nicht eintritt. Der Kupplungsring 3 umfaßt den mehrfach geschlitzten, außen kegeligen Kopf 4 der Schiebemuffe 4, 5, 6. Die Schiebemuffe4, 5, 6 ist.im Kopf 4 und im anschließenden trommeiförmigen Teil bis zu dem ebenen Übergangsteil 5 mehrfach geschlitzt, so daß sich der Kopf 4 durch Aufschieben des Kupplungsringes 3 wie eine Spannzange verengen läßt.

Die Schiebemuffe 4, 5, 6 endet über einem Fabenteil in der Nut 6.

Auf den Kupplungsring 3 drücken mehrere auf den Umfang verteilte wStäbe 7, deren freies Ende sich gegen die zweiarmigen Hebel S abstützt. Der Hebel 8 ist mittels der Achse 9 an . die Schiebemuffe 4, S, 6 angelenkt.

Die Gestalt des Hebels 8 ist in Fig. 3 dargestellt, und seine Wirkungsweise, wird weiter unten beschrieben werden.

In Fig. ι belastet die Feder 10 die Hebel 8. Die Feder 10 ist nach Fig. 2 sternförmig gestaltet, und zwar derart, daß jeder Strahl eine Dreieckfeder von gleichbleibender Festigkeit bildet.

Fig. ι zeigt, daß die Feder 10 innen an der Nabe der Schiebemuffe 4, 5, 6 befestigt ist. Die Hebel 8 werden ferner belastet von den Rollen 12, die an den Enden der Feder 11 drehbar befestigt sind. Die Feder 11 ist sternförmig wie die Feder 10 ausgebildet.

Die Feder 11 ist an der Nabe 13 befestigt, die auf der Nabe der Schiebemuffe 4, 5, 6 gelagert ist. Die genutete Muffe 14 greift mit zwei Stiften durch einen schraubenförmigen Schlitz der Nabe 13 und weiter in den achsparallelen Schlitz der Schiebemuffe 4, 5, 6. Eine axiale Verschiebung der Muffe 14 verdreht daher die Feder 11 relativ zur Schiebemuffe 4, 5, 6 und läßt nach Fig. 3 die Rollen 12 sich auf dem Hebel 8 abwälzen.

Nach Fig. 1 trägt der Kopf 4 der Schiebemuffe 4, 5, 6 in entsprechender Nut das gehärtete Federband 15. Das Federband 15 ist einmal am Umfang geschlitzt, um sich gemeinsam mit dem Kopf 4 etwas verengen zu können, und dient dazu, die Schlitze des Kopfes 4 nach innen abzudecken. **

Auf der Getriebehauptwelle 20 sitzt einerseits, fest mit ihr verbunden, die Kupplungsscheibe 16, während ihr freies Ende das hier nicht mehr gezeichnete Kardangelenk trägt. Konzentrisch zur Getriebehauptwelle 20 läuft die Welle 21 mit der Kupplungsscheibe 17, ferner die Welle 22 mit der Kupplungsscheibe 18 und die Welle 23 mit der Kupplungsscheibe 19.

An den freien Enden der Wellen 21, 22, 23 sind hier nicht mehr gezeichnete Zahnräder befestigt, die in an sich bekannter Weise über eine Vorgelegewelle verschiedene Übersetzungsstufen zwischen dem Motor und der Kardanwelle herstellen.

Die Kupplung zwischen der Trommel 1 und der Kupplungsscheibe 18 geschieht nun nach der in Fig. 1 gezeichneten Stellung dadurch, daß die paarweise übereinanderliegenden Strahlen der Federn 10 und 11 über die Stäbe 7 den Kupplungsring 3 auf den Kopf 4 pressen, so daß sich dieser verengt und das Federband 15 gegen den Belag der Kupplungsscheibe 18 drückt. Die Trommel 1 nimmt dann durch Reibung die Kupplungsscheibe 18 mit.

Zum Lösen der Kupplung wird nun in bekannter Weise mittels einer Gabel die umlaufende Muffe 14 axial verschoben, wodurch die Rollen 12 relativ zu den Hebeln 8 bewegt werden. Fig. 3 zeigt in der punktierten Lage der Rolle 12 den entkuppelten Zustand, während in der ausgezogenen Läge der Rolle 12 die beiden Federn 10 und 11 mit voller Kraft auf die Stäbe 7 wirken und damit die Kupplung schließen.

Der ausgekuppelte Zustand ist theoretisch erreicht, sobald keine Kraft auf die Stäbe 7 ausgeübt wird. Praktisch ist es jedoch erforderlich, zwischen den zu entkuppelnden Teilen ein endliches Spiel zu schaffen, um ein Kleben durch Öl der Kupplungsscheibe zu verhindern, no Für die folgenden Erklärungen werden diese Zeichen eingeführt:
P = Federkraft in kg,
/ == Durchbiegung der Feder, gemessen von der entspannten Form bis zur augenblickichen in cm,

F = Vorspannung der Feder, gemessen von der entspannten Form bis zur Form im eingekuppelten Zustand in cm, c = Federkonstante in cm/kg, Index₁₀ =, bezogen auf Feder 10, Index_u = bezogen auf Feder 11.

Da die Kraft einer Feder ihrer Durchbiegung proportional ist, haben folgende Gleichungen allgemeine Gültigkeit:

Da das geometrische Bild dieser beiden Proportionen ein Dreieck ist, dessen Fläche bekanntlich das halbe Produkt aus Grundlinie und Höhe ist, so ergibt die der Fläche entsprechende Arbeit

_ P.f __ f²

2 2C '

Nach Fig. 3 ist α der Abstand der Stäbe 7 von den zugehörigen Achsen 9 der Hebel 8. Der augenblickliche Abstand der Rollen 12 von der Achse 9, jedoch auf der entgegen-

ao gesetzten Seite des Hebels 8 als positiv bezeichnet, sei x.

Die Erfindung gestattet eine Kräfteverschiebung vom eingekuppelten Zustand bis zur Entkupplung mit beliebigem endlichem Spiel, ohne theoretisch einen Arbeitsaufwand zu erfordern. Praktisch sind demnach nur die geringen Reibungswiderstände zu überwinden. Nach Fig. 3 ist die Kupplung kräftefrei, sobald

P₁₀-O. = P_n-χ (1)

Der Hebel 8 verläuft bis zur" Erreichung des Gleichgewichtszustandes bei dem Wert ^x — ^xo gerade und die Achse rechtwinklig kreuzend.

Da der Hebel 8 sich bis dahin nicht bewegt, bleiben auch die Spannungen der Federn 10 und 11 unverändert. Die Federn-üben ihrer Vorspannung entsprechend folgende Kräfte

■ 10

10

ρ _

11 —

Danach wird die Gleichung (i) zu

■ 10
^cio

(2)

Zu der weiteren Bewegung der Rolle 12 wird dann kein Kraftaufwand erforderlich, wenn die Summe der in den Federn 10 und 11 aufgespeicherten Arbeit unverändert bleibt. Dies ergibt die Bedingung

τ -^n —

2C₇₁

■n»

2C₁

■K

— const

10

(3)

oder aufgelöst nach f_a

Fu=Fn--^- (/3,—-FSO (4)·

Da mit zunehmendem Abstand χ nun eine Drehung des Hebels 8 um seine Achse 9 eintritt, werden die Durchbiegungen f₁₀ und f_n zu Veränderlichen. Die Gleichgewichtsbedingung nach Gleichung (1) muß weiterhin erfüllt bleiben; sie läßt sich auch schreiben

^C10

— fn

(5)

Für jedes gewünschte Spiel zwischen dem Federband 15 und den Kupplungsscheiben 16, 17, i8, 19 ergibt sieh ein zugehöriges /₁₀. Hieraus ist nach Gleichung (4) Z₁₁ und dann nach Gleichung (5) der Wert von χ zu errechnen. Damit ist die Form des Hebels 8 bestimmt.

Für den Entwurf einer Kupplung reicht ein Spiel von 0,3 bis 0,4 mm aus, und dies entspricht einer Bewegung des Stabes 7 von 1,5 bis 2 mm. Das Ende des Hebels 8 kann dann mit ausreichender Genauigkeit als Kreisbogen ausgebildet werden, der sich dem geraden Teil tangential anschließt.

In der entkuppelten Stellung kann die Schiebemuffe 4, 5, 6 durch eine in die Nut 6 eingreifende Gabel axial verschoben werden, derart, daß das Federband 15 einer der Kupplungsscheiben 16, 17, 18, 19 gegenüberliegt. Die Motorwelle kann also wahlweise mit einer der Wellen 20, 21, 22, 23 gekuppelt werden.

Die Anzahl der in Reihe angeordneten Kupplungsscheiben wurde in der Zeichnung beispielsweise zu vier angenommen; sie ist jedoch beliebig.

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   i. Kupplungsvorrichtung für Wechselgetriebe, insbesondere von Kraftfahrzeugen, bestehend aus einer auf ihrer Welle undrehbar, aber verschiebbar angeordneten Kupplungshülse mit radial beweglichen Klemmbacken, die gegen den Umfang nebeneinanderliegender gleich großer, auf ineinandergelagerten Wellen von Getrieberädern befestigter Kupplungsscheiben gepreßt werden können, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmbacken (3) durch axiales Verschieben mittels Stifte (7) in Eingriff gebracht werden können, die ihrerseits von zweiarmigen Hebein (8) gesteuert werden, welche unter dem Druck von Federn (10) sowie von

   federbelasteten Rollen (12) stehen, weiche längs der ■ Hebel (8) derart verschiebbar sind, daß sie zu beiden Seiten der Hebel- : achsen angreifen und die durch die Federn (10) auf die Stifte (7) ausgeübte Kraft überwiegen können.

   2, Kupplungsvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die den Stiften (7) entgegengesetzt liegenden Enden der doppelärmigen Hebel (8) derart geschweift sind, daß die Rollen (12) ■beim Auflaufen auf diese Hebelenden ein Schwenken der Hebel bewirken.

   3. -Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebelenden derart gekrümmt sind, daß die zur Verschiebung der auf die Krümmungen auflaufenden Rollen erforderliche Arbeit gleich oder nahezu gleich der aus der Formänderung der Federn freiwerdenden Arbeit ist.

   4. Kupplungsvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Stifte (7) wirkenden Federn (10) aus den Strahlen eines sternförmigen Federbleches bestehen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen