DE69407951T2 - Spielzeugschaltgetriebe - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Spielzeugschaltgetriebe mit einer Antriebswelle, einer angetriebenen Welle und wählbaren Zahnradübertragungen zum Übertragen von Rotationsenergie von der Antriebswelle auf die angetriebene Welle sowie mit axial verschiebbaren Antriebsmitteln mit Klauenkupplungen zur Auswahl von Zahnradübertragungen.
• Es wird gefordert, daß in mechanischen Konstruktionen, so wie Autos und Maschinen, verwendete schaltgetriebe u.a. geringe Übertragungsverluste aufweisen müssen, d.h. die Differenz zwischen der über die Antriebswelle zugeführten Energie und der über die angetriebene Welle abgegebenen Energie muß so gering wie möglich sein, da diese Energiedifferenz als vergeudet angesehen wird und im schaltgetriebe verloren geht, wo sie zu Abnutzung führt und möglicherweise eine separate Kühlung des Schaltgetriebes erfordern kann. Ein Schaltgetriebe mit wählbaren Zahnradübertragungen zwischen der Antriebswelle und der angetriebenen Welle wird häufig für solche mechanischen Konstruktionen verwendet, bei denen so wenige Zahnräder wie möglich für jede Übertragung verwendet werden - oft nur zwei Zahnräder pro Übertragung. Daher haben solche bekannten schaltgetriebe relativ lange Antriebswellen und angetriebene Wellen, wobei jede Zahnradübertragung in einer Reihe entlang der langen Wellen angeordnet ist. Die Auswahl der Zahnradübertragung kann mit einer Klauenkupplung für jede Zahnradübertragung erfolgen, was einen relativ komplizierten Mechanismus mit Druck- und Zugrollen erfordert, um die Bewegungen des Schalthebels auf genau die gewählte Klauenkupplung und Zahnradübertragung zu übertragen.
• In FR-A-2 239 082 ist ein Spielzeugauto gezeigt, das eine einzige angetriebene Welle hat, auf der ein Antriebsmittel verschiebbar angebracht ist, wobei jede von zwei Klauenkupplungen in Eingriff gebracht werden kann, um einen Vorwärts- oder Rückwärtsgang des Spielzeugautos auszuwählen.
• In einem Spielzeugschaltgetriebe wie in Anspruch 1 definiert wird der komplizierte Mechanismus vermieden, da ein Ende des Schalthebels direkt in die Führungsnuten auf mehreren entgegengesetzt zueinander angeordneten Antriebsmitteln eingreifen kann. Außerdem wird hierbei ein erheblich kürzeres Schaltgetriebe erzielt als bei den bekannten, großen mechanischen Strukturen, während ein bedeutender Grad an Realismus mit einfachen Mitteln erreicht wird, was die Funktion des Spielzeugschaltgetriebes und seine Bedienung betrifft.
• Bei bekannten Klauenkupplungen sind die Klauen der beiden Kupplungsteile, die zum gegenseitigen axialen Eingriff bestimmt sind, so konstruiert, daß sie bei Eingriff vollständig, so weit wie möglich, in eine entsprechende Lücke zwischen den Klauen des jeweils anderen Kupplungsteils passen, so daß eine in Drehrichtung starre Verbindung entsteht. Außerdem sind die Klauen bei den bekannten Klauenkupplungen in ihrem Kupplungsbereich, d.h. dem Ende der Klauen, das zu dem jeweils anderen Kupplungsteil weist, flach. Damit die Kupplungsteile solcher bekannten Klauenkupplungen ineinander eingreifen, müssen die Klauen eines Kupplungsteils auf die Lücken zwischen den Klauen des anderen Kupplungsteils ausgerichtet werden, was im Betrieb natürlich nicht immer der Fall ist, und im Falle eines Stillstands ist es sogar unmöglich, die Klauen der beiden Kupplungsteile miteinander zu verbinden, wenn sich die Klauen auf den jeweiligen Kupplungsteilen gegenüberstehen.
• Bei einer im erfindungsgemäßen Schaitgetriebe verwendeten Klauenkupplung werden diese Probeme vermieden, und es ist in der Praxis immer möglich, den Kupplungsteil der Klauenkupplung in Eingriff zu bringen, selbst im Falle eines Stillstands, da die zugespitzten Klauen in der Praxis aufgrund von mechanischem Spiel im Mechanismus immer in der Lage sind, ihren Weg in die Lücke zwischen den Klauen des entgegengesetzten Kupplungsteils zu finden.
• Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Abbildung ausführlicher beschrieben.
• Fig. 1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Schaltgetriebe,
• Fig. 2 zeigt eine in der Erfindung verwendete Klauenkupplung, und
• Fig. 3 zeigt perspektivisch das Schaltgetriebe aus Fig. 2.
• Das in Fig. 1 schematisch und auch in Fig. 3 dargestellte Schaitgetriebe hat eine Eingangswelle oder primäre angetriebene Welle 1 mit einem Zahnrad 3, das fest auf der Welle montiert ist. Das Zahnrad 3 treibt ein Zahnrad 4 an, das fest auf einer anderen Welle 2 montiert ist, die parallel zur primären angetriebenen Welle 1 ist. Die Zahnräder 3 und 4 befinden sich in permanentem Eingriff, und die beiden Wellen 1 und 2 sind somit drehbar miteinander verbunden. Aufgrund der unterschiedlichen Größen der Zahnräder 3 und 4 haben die Wellen 1 und 2 eine unterschiedliche Rotationsgeschwindigkeit. In dieser Verbindung haben die Wellen 1 und 2 dieselbe Funktion wie angetriebene Wellen. Im folgenden wird der Ausdruck primäre angetriebene Welle für die Welle 1 und der Ausdruck sekundäre angetriebene Welle für die Welle 2 verwendet.
• Das Schaltgetriebe hat eine Ausgangswelle oder Antriebswelle 20 mit zwei festen Zahnrädem 29, 30. Das Zahnrad 29 auf der Antriebswelle 20 befindet sich in permanenter Rotationsverbindung mit den Zahnrädem 28, 27, 26, 25, 23 und 21, und das Zahnrad 30 auf der Antriebswelle 20 befindet sich in permanenter Rotationsverbindung mit den Zahnrädem 22 und 24. Die Zahnräder 21 und 22 sind drehbar auf der sekundären angetriebenen Welle 2 in festen axialen Positionen montiert, und die Zahnräder 23 und 24 sind gleichermaßen drehbar auf der primären angetriebenen Welle 1 in festen axialen Positionen montiert.
• Auf der primären angetriebenen Welle 1 befindet sich ein erster Antriebsring 41, der drehbar an der Welle 1 befestigt ist und der axial auf der Welle 1 verschoben werden kann. Auf der sekundären angetriebenen Welle befindet sich gleichermaßen ein zweiter Antriebsring 42, der mit dem ersten Antriebsring identisch ist, drehbar an der Welle 2 befestigt ist und axial auf der Welle 2 verschoben werden kann.
• ein Antriebsring 41 ist in Fig. 2 abgebildet und besteht aus einem Rohrelement 43 mit zwei radial vorstehenden Flanschen 44 an der Außenseite. Die beiden Flansche 44 definieren eine ringförmige Führungsnut 45, deren Boden von einem Teil des Rohrelements 43 gebildet wird. Vier Klauen 46 stehen in einer axialen Richtung von jedem der Flansche 44 ab. Die Klauen 46 sind keil förmig, und ihre Spitzen weisen von den betreffenden Flanschen 44 weg. Die Klauen 46 sind außerdem fest mit dem Rohrelement 43 verbunden. Die Klauen 46 sind zugespitzt und schmal, und jeder Satz aus vier Klauen definiert winkelförmige Lücken 47 zwischen Klauen 46, die deutlich größer sind als die winkelförmige Ausdehnung der einzelnen Klaue 46. Außerdem hat der Antriebsring 41 Vorsprünge (nicht abgebildet) auf der Innenseite des Rohrelements 43, um in eine entsprechende, sich radial erstreckende Vertiefung (nicht abgebildet) in jeder der angetriebenen Wellen 1 und 2 einzugreifen, so daß die Antriebsringe 41 und 42, wie gesagt, in Drehrichtung fest mit den jeweiligen angetriebenen Wellen 1 und 2 verbunden und axial auf diesen verschiebbar sind. Auf dem Antriebsring 41 stellt jeder der Flansche 44 mit axial vorstehenden Klauen 46 eine Kupplungshälfte einer Klauenkupplung dar, wie nachfolgend erläutert wird.
• Fig. 2 zeigt auch die andere Kupplungshälfte 50 für eine Klauenkupplung. Die Kupplungshälfte 50 besteht aus einem Außenrohr oder Ringelement 51 mit vier keilförmigen Klauen 52 an der Innenseite, von denen jede im wesentlichen dieselbe Form hat wie die Klauen 46. Die Kupplungshälfte 50 hat außerdem ein Innenrohr oder Ringelement 53, das koaxial zum äußeren Rohrelement 51 angeordnet ist und mit dem die Kupplungshälfte 50 frei drehbar auf einer Welle montiert werden kann. Die Rohrelemente 51 und 53 grenzen an einem gemeinsamen Flansch (nicht abgebildet) aneinander. Jede der Klauen 52 und das innere Rohrelement 53 definieren zwischen sich eine radiale Lücke, die das Ende des Rohrelements 43 auf dem Antriebsring 41 aufnehmen kann, so daß die Klauen 52 in den winkelförmigen Lücken 47 zwischen den Klauen 46 aufgenommen werden können. Entsprechend sind winkelförmige Lücken 54 zwischen den Klauen 52 vorhanden, in denen die Klauen 46 aufgenommen werden können. Die äußere zylindrische Oberfläche 55 des äußeren Rohrelements 51 kann mit radial vorstehenden Zähnen versehen sein, so daß die Kupplungshälfte 50 als ein Zahnrad dient, das frei drehbar auf einer Welle montiert werden kann. Dies ist in Fig. 3 dargestellt.
• Der Antriebsring 41 und die Kupplungshälfte 50 können auf einer gemeinsamen Welle montiert sein, auf welcher der Antriebsring 41 axial verschiebbar ist, und das Ende des Rohrelements 43 mit den vier Klauen 46 kann in der Lücke zwischen dem äußeren Rohrelement 51 und dem inneren Rohrelement 53 aufgenommen werden, wodurch eine Klauenkupplung entsteht. Da sowohl die Klauen 46 als auch die Klauen 52 im Kupplungsbereich schmal und spitz sind und große Lücken haben, ist es in der Praxis immer möglich, eine solche Kupplung ungeachtet der gegenseitigen Winkelposition des Antriebsrings 41 und der Kupplungshälfte 50 herzustellen.
• In Fig. 1 und 3 ist jedes der Zahnräder 21, 22, 23 und 24 wie die Kupplungshälfte 50 mit radial vorstehenden Zähnen und axial vorstehenden Klauen 52 konstruiert.
• Die Antriebsringe 41 und 42 sind axial auf der primären angetriebenen Welle 1 bzw. der sekundären angetriebenen Welle 2 verschiebbar, so daß die Klauen 46, wie oben beschrieben, in die winkelförmigen Lücken 54 zwischen den Klauen 52 eingeführt werden können. Das Schaltgetriebe weist also vier Klauenkupplungen 11, 12, 13 und 14 auf, die individuell in Eingriff gebracht werden können. Der erste Gang des Spielzeugschaltgetriebes wird mit der Klauenkupplung 11 gewählt, und die übertragung von Rotationsenergie von der primären angetriebenen Welle 1 erfolgt dann über die Zahnräder 3 und 4 auf die sekundäre angetriebene Welle 2, die den zweiten Antriebsring 42 antreibt, von dem die Rotationsenergie durch die Klauenkupplung 11 auf die Zahnräder 21, 23, 25, 26, 27, 28 und 29 auf die Antriebswelle 20 übertragen wird. Gleichermaßen ist der erste Antriebsring 41 auf der primären angetriebenen Welle 1 verschiebbar, um in die Klauenkupplung 14 einzugreifen, was dem vierten Gang des Spielzeugschaltgetriebes entspricht, wobei Rotationsenergie von der primären angetriebenen Welle 1 und dem ersten Antriebsring 41 durch die Klauenkupplung auf die Zahnräder 24, 22 und 30 übertragen wird, welche die Antriebswelle 20 antreiben.
• Gleichermaßen entsprechen die Klauenkupplungen 11, 12, 13 und 14 dem ersten, zweiten, dritten bzw. vierten Gang des Spielzeugschaltgetriebes.
• Das Spielzeugschaltgetriebe ist in Fig. 1 in einer Position abgebildet, in der sich alle vier Klauenkupplungen 11, 12, 13 und 14 nicht in Eingriff befinden, so daß keine Rotationsbewegung von einer der angetriebenen Wellen 1, 2 an die Antriebswelle 20 übertragen werden kann oder umgekehrt. Das bedeutet, das Schaitgetriebe befindet sich im Leerlauf. Die Führungsnuten 45 der beiden Antriebsringe 41 und 42 sind entgegengesetzt zueinander angeordnet, und Fig. 3 zeigt, daß das Schaltgetriebe einen Schalthebel 61 hat, der in einem Kugellager 63 in bezug auf die gezeigte Position der Führungsnuten 45 mittig und außerhalb der von den angetriebenen Wellen 1 und 2 definierten Ebene montiert ist. Der Schalthebel kann somit im Kugellager gekippt werden, und seine Bewegung wird durch eine H-förmige Führung 60 beschränkt. Der Schalthebel ist im Mittelteil der H-förmigen Führung im rechten Winkel beweglich, und ein Eingriffsende 62 des Schalthebels 61 kann also mit einer gewählten der beiden Führungsnuten 45 in Eingriff gebracht werden. Bei weiterem Kippen des Schalthebels in einer Längsrichtung der angetriebenen Wellen 1 und 2 bewegt der Schalthebel den betreffenden Antriebsring aufgrund seines Eingriffs in die betreffende Führungsnut 45 axial, bis sich die betreffende Klauenkupplung in Eingriff befindet. Die H-förmige Führung 60 gewährleistet, daß sich nicht mehr als eine der Klauenkupplungen gleichzeitig in Eingriff befindet, da die Bewegung des Eingriffsendes 62 des Schalthebels von der Führungsnut eines Antriebsrings zur Führungsnut eines anderen Antriebsrings nur durch den Mittelteil der H-förmigen Führung 60 erfolgen kann, wo beide Antriebsringe im abgebildeten Leerlauf sind.
• Bei diesem Aufbau greift der Schalthebel direkt in die Führungsnuten der Antriebsringe ein, d.h. ohne zwischengeschaltete Mechanismen.
• Auf Wunsch kann das Schaltgetriebe auf drei oder optional mehr parallele angetriebene Wellen erweitert werden, die in gleichem Abstand vom Kugellager des Schalthebels angeordnet sind, wodurch die Anzahl wählbarer Zahnradübertragungen erhöht wird.
• Das abgebildete Schaltgetriebe ist umkehrbar, so daß die Antriebswelle 20 als angetriebene Welle verwendet werden kann, und wenn das Paar Zahnräder 3, 4 weggelassen wird, ermöglicht es das abgebildete Schaltgetriebe, auszuwählen, ob Rotationsenergie von der Welle 20 auf die Welle 1 oder auf die Welle 2 übertragen werden soll. Das Spielzeugschaltgetriebe kann hierbei verwendet werden, um Mechanismen anzutreiben, von denen jeder an eine jeweilige Welle 1 oder 2 angeschlossen ist, und diese können dann nacheinander oder gleichzeitig angetrieben werden.

Claims (7)

1. Ein Spielzeugschaltgetriebe, aufweisend:

eine Eingangswelle oder primäre angetriebene Welle (1),

eine Ausgangswelle oder Antriebswelle (20),

wählbare Zahnradübertragungen (21-30) für die Übertragung von Rotationsenergie von der angetriebenen Welle (1) auf die Antriebswelle (20), verschiebbare Antriebsmittel (41, 42) mit einer Führungsnut (45) and Klauenkupplungen (11-14) zur Auswahl einer bestimmten Zahnradübertragung (21-30), sowie

Getriebeschaitmittel (61, 62) zum Eingreifen in die Führungsnut (45) und zum Schalten der Antriebsmittel (41, 42), um eine ausgewählte Klauenkupplung (11-14) mit einer zugehörigen Zahnradübertragung (21-30) in Eingriff zu bringen,

dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltgetriebe weiterhin eine sekundäre angetriebene Welle (2) aufweist, die parallel zur primären angetriebenen Welle (1) angeordnet ist und von der primären angetriebenen Welle (1) angetrieben wird, wobei die sekundäre angetriebene Welle (2) ein Antriebsmittel (42) mit einer Führungsnut (45) aufweist, die in einer der Führungsnut des Antriebsmittels (41) auf der primären Antriebswelle (1) entgegengesetzten Position angeordnet ist, und

die Getriebeschaitmittel (61, 62) rechtwinklig zur Richtung der angetriebenen Wellen (1, 2) verschiebbar sind, so daß sie in die Führungsnut (45) eines Antriebsmittels (41, 42) einer ausgewählten angetriebenen Welle (1, 2) eingreifen, und axial in der Richtung der angetriebenen Wellen (1, 2) verschiebbar sind, um die ausgewählten Antriebsmittel (41, 42) axial zu bewegen, wobei eine ausgewählte Klauenkupplung (11-14) mit einer zugeordneten Zahnradübertragung (21-30) in Eingriff gebracht wird.

2. Ein Spielzeugschaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltmittel ein Hebel (61) ist, der in einem Kugelgelenk (63) in bezug auf die Führungsnuten (45) der Antriebsmittel (41, 42) mittig und außerhalb der Ebene der angetriebenen Wellen (1, 2) montiert ist.

3. Ein Spielzeugschaltgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungen des Hebels durch eine H-förmige Führung (60) beschränkt sind.

4. Ein Spielzeugschaltgetriebe nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klauen (46, 52) auf jedem der Teile (41, 50) der Klauenkupplungen (11-14) im Kupplungsbereich eine Breite haben, die erheblich geringer ist als die entsprechenden Lücken (54, 47) zwischen den Klauen (52, 46) auf dem jeweils anderen Kupplungsteil (50, 41).

5. Ein Spielzeugschaltgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Klauen (46, 52) zugespitzt sind, wobei die Spitzen zum jeweils anderen Kupplungsteil (41, 50) weisen.

6. Ein Spielzeugschaltgetriebe nach den Ansprüchen 4-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Klauen (46, 52) auf einer äußeren zylindrischen Fläche bzw. auf einer inneren zylindrischen Fläche vorgesehen sind.

7. Ein Spielzeugschaltgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrischen Flächen Oberflächen entsprechender Rohr- oder Ringelemente (43, 51) sind.