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Mehrstufiges Zahnräderwechselgetriebe, insbesondere für Motorfahrzeuge
mit dauernd in Eingriff befindlichen Räderpaaren Die Erfindung bezieht sich auf
mehrstufige Zahnräderwechselgetriebe, insbesondere für Motorfahrzeuge, die mit dauernd
in Eingriff befindlichen Zahnradpaaren ausgerüstet sind und bei denen die Stufenumschaltung
durch Einrücken von als Reibungskupplungen ausgebildeten Schaltkupplungen ohne gleichzeitige
Betätigung einer Getriebehauptkupplung erfolgt. Solche Getriebe finden hauptsächlich
für Zugmaschinen, Triebwagen und andere schwere Fahrzeuge Anwendung, bei denen eine
Unterbrechung des Antriebes während der Schaltvorgänge vermieden werden muß. Bei
der betriebsmäßigen Anwendung der genannten Getriebe wurde gefunden, daß ein stoßfreies
Beschleunigen der anzutreibenden Last, also des Motorfahrzeugs, besondere Schwierigkeiten
bereitet, insbes - ondere beim Übergang aus dem Stillstand zur ersten Fahrstufe.
Beim Einschalten der ersten Fahrstufe und ebenso beim Umschalten auf weitere Stufen
erfolgt nämlich die Verbindung zweier Wellen von abweichender Drehzahl und erst
nach dem Einschalten der Kupplung eine gegenseitige Angleichung der Drehzahlen.
Beim Übergang aus der gleitenden Reibung in die ruhende Reibung tritt ein Stoß auf,
der auch für die Fahrzeuginsassen deutlich spürbar ist. In der Vermeidung dieses
Stoßes liegt eine Aufgabe der Erfindung. Es wurde gefunden, daß die Stärke des Stoßes
unmittelbar abhängig von dem an den Reibflächen- herrschenden Anpreßdruck ist. Eine
Verminderung der Reibung ist aber nicht ohne weiteres zulässig, der Anpreßdruck
muß nämlich unbedingt so groß sein, daß beispielsweise bei Einschalten der ersten
Fahrstufe das Fahrzeug aus der Ruhelage mit
Sicherheit zunächst
in Bewegung gebracht wird; für die Anfahrbeschleunigung wird dabei eine recht erhebliche
Leistung benötigt, ebenso aber auch für die Beschleunigungen von einer Geschwindigkeitsstufe
zur nächsten.
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Als Aufgabe der Erfindung ergibt sich damit die Schaffung eines Getriebes
der bereits beschriebenen Art, bei welchem einerseits mit voller Sicherheit beim
Einschalten der ersten Stufe der Anfahrwiderstand überwunden werden kann, bei welchem
aber auch andererseits der Stoß beim Übergang der Reibflächen von der gleitenden
Reibung zur ruhenden Reibung vermieden oder auf ein praktisch unerhebliches Maß
vermindert wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, gegebenenfalls
auch beim Übergang zwischen weiteren Stufen die nachteiligen Stöße zu vermeiden
oder zu vermindern. Bei der Lösung dieser Aufgabe werden nach der Erfindung Reibungsschaltkupplungen
benutzt," die mit einer von außen schaltbaren Vorrichtung ausgerüstet sind, durch
die der Anpreßdruck :der Reibflächen auf zwei unterschiedliche Werte eingestellt
werden kann. Derartige Kupplungen sind im anderen Zusammenhange bereits bekannt.
Das Kennzeichen der Erfindung besteht darin, daß die genannte Schaltvorrichtung
der Kupplungen in der Weise ausgebildet ist, daß beim Einschalten der Kupplung der
Höchstwert des Anpreßdrucks zur Wirkung kommt und die Umschaltung auf den Mindestwert
erst nach einer gewissen Beschleunigung der angetriebenen Welle erfolgt, jedoch
bevor der Gleichlauf der treibenden und der getriebenen Welle erreicht ist. Da beim
Einschalten der Kupplung auf diese Weise der Höchstwert des Anpreßdruckes gegeben
ist, so erfolgt beispielsweise beim Einschalten der ersten Stufe mit voller Sicherheit
die Überwindung -des Anfahrwiderstandes; erst wenn beim Anfahren eine gewisse Beschleunigung
der angetriebenen, mit den Triebrädern verbundenen Welle eingetreten ist, wird dann
der Anpreßdruck der Kupplung mit Hilfe der genannten Vorrichtung auf den Mindestwert
herabgesetzt, bevor der Gleichlauf der treibenden und der getriebenen Welle erreicht
ist. Durch diese Maßnahme wird der beim Erreichen des Gleichlaufes eintretende Stoß
in dem gewünschten Maß gemildert.
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Zu einer näheren Erläuterung der Wirkungsweise der neuen Vorrichtung
ist in Abb. i der beiliegenden Zeichnung schematisch ein Bild der in der Kupplung
sich abspielenden Vorgänge gegeben. Dargestellt sind hier die Geschwindigkeiten,
also die Drehzahlen der beiden Teile der Kupplung in Abhängigkeit von der Zeit.
Vor Beginn des Anfahrens steht das Fahrzeug still, und der Motor läuft mit seiner
Leerlaufdrehzahl. Dementsprechend besitzt der treibende Teil der Kupplun g bei Beginn
des Kuppelvorganges die Geschwindigkeit V0 und der angetriebene Teil der Kupplung
die Geschwindigkeit Null. Beim Einschalten der Kupplung suchen beide Teile ihre
Geschwindigkeit einander anzugleichen, was durch die beiden Kurven t für den treibenden
Kupplungsteil und a für den angetriebenen Kupplungsteil veranschaulicht ist. Die
Kurve a steigt also mit der Zeit an, und dies bedeutet, daß der Wagen sich allmählich
in Bewegung setzt-; in der gleichen Zeit fällt die Kurvet ab, und ,dies bedeutet,
daß die Motordrehzahl infolge der Belastung absinkt. Die Neigung der beiden Kurven
ist vom Anpreßdruck der Reibflächen abhängig, das heißt also, bei starkem Anpreßdruck
geht die Annäherung der beiden Kurven a und t schnell vor sich und bei geringem-
Anpreßdruck langsamer. Da der Anpreßdruck der Reibflächen nach der Erfindung auf
zwei unterschiedliche Werte einstellbar ist, sind außer den beiden ausgezogenen
Kurven a und t, die für den Höchstwert des Anpreßdruckes gelten, noch zwei weitere
Kurven a' und t' eingezeichnet, die gelten würden, wenn bei Beginn des Kupplungsvorganden,
wenn bei Beginn des Kupplungsvorgan-,-es der Mindestwert des Anpreßdruckes eingestellt
wäre. Diesem Falle kommt aber keine praktische Bedeutung zu, da dieser Anpreßdruck
nicht ausreicht, um das Anfahren auf jeden Fall zu sichern. Eine geringe Widerstanderhöhung
beim Anfahren könnte nämlich zur Folge haben, daß das Fahrzeug sich überhaupt nicht
in Bewegung setzt, sondern stehenbleibt, daß also die Kupplungsteile dauernd mit
dem gleichen Geschwindigkeitsunterschied zueinanderlaufen, ohne daß die erzeugte
Reibung das Fahrzeug zu beschleunigen vermag; die Kurve a,' würde dann in der Nullinie
verlaufen, und die Kurve t' würde in eine Parallellage zur Nullinie einmünden.
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Weiterhin ist in Abb. i der Vorgang erläutert, der eintreten würde,
wenn der Höchstwert des Anpreßdruckes der Reibfläche ständig unverändert beibehalten
würde. Die Kurven a und t würden dann in Richtung der beiden Äste a,' und t' verlaufen
und sieh in dein mit v" bezeichneten Punkte treffen. Zu diesem Zeitpunkt würde die
gleitende Reibung in der Kupplungaufhören, die ruhende Reibung beginnt, und beide
Kurven müssen von hier ab einen gemeinsamen Verlauf nehmen, der durch die Linie
g" angedeutet ist. Die Punktev" werden zwei Massen, die bisher unterschiedlichen
GeschwindigkeitsIgesetzen folgten, plötzlich zu einer gemeinsamen Bewegung gezwungen,
nämlich einerseits die umlaufenden Massen des Motors und andererseits die bewegten
Massen des Fahrzeuges.
Ein genaueres Eingehen auf die Mechanik der
Vorgänge erscheint nicht erforderlich, da nur zwei Tatsachen von Wichtigkeit sind,
nämlich einmal die Tatsache, daß die weitere gemeinsame Bewegung beider Teile nur
durch ,einen Stoß eingeleitet werden kann und dann die zweite Tatsache, daß der
Stoß um so heftiger ist, je größer die Richtungsunterschiede im Geschwindigkeitsverlauf
der beiden zu gemeinsamer Bewegung gezwungenen Massen sind, je größer also
in der beiliegenden Ab-
bildung der Winkel zwischen dien Kurven a und t am
gemeinsamen Schnittpunkt ist. Die Aufgabe der Erfindung könnte also gewissermaßen
dahin umschrieben werden, daß eine Einrichtung geschaffen werden soll, bei welcher
nach. der Darstellung der beiliegenden Zeichnung die beiden Kurven a und t anfänglich
den mit starken Strichen dargestellten Verlauf nehmen, aber dann so geführt werden,
daß sie in einem möglichst spitzen Winkel sich vereinigen. Dieses Ziel kann durch
die angegebenen Mittel ohne weiteres erreicht werden. Wenn nämlich beim Einschalten
der Kupplung zunächst der Höchstwert des Anpreßdruckes der Reibflächen eingestellt
wird, ,dann aber, wenn die Kurven a und t die Werte v' und v' erreicht haben, der
Anpreßdruck auf das Mindestmaß verringert wird, so wird das Zusammentreffen der
beiden Kurven a und t in der dargestellten Weise noch etwas hinausgezögert, so daß
beim Zeitpunkt des Zusammentreffens der Geschwindigkeitsverlauf nicht mehr die bisherigen
großen Unterschiede zeigt. Überdies läßt auch die wesentlich weichere Kupplung keine
erheblichen Stöße mehr zu. Die gestellte Aufgabe ist also einwandfrei gelöst. Dabei
ist es noch ein besonderer Vorteil, daß die bis zum Erreichen des Gleichlaufes zwischen
den beiden Kupplungsteilen benötigte Zeit auf ein Mindestmaß beschränkt werden kann
und damit die Reibungsarbeit zwischen den Reibflächen und die Erwärmung dieser Flächen.
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Beispiele für Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren
Abb. 2 und 3 der beiliegenden Zeichnung dargestellt, und aus den Einzelheiten dieser
Zeichnung ergeben sich noch weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung. Es
ist nämlich in manchen Fällen angebracht, den Schaltvorgang zur Einstellung des
Anpreßdruckes an den Reibungsflächen der Kupplung -auf den je-
weils gewünschten
Wert nicht durch einen besonderen Handgriff, sondern mit Hilfe der für das Einschalten
der' einzelnen Getriebestufen bereits vorhandenen Schalteinrichtungen durchzuführen.
Dies läßt sich dadurch erreichen, daß der Betätigungshebel für die Schaltung der
Getriebestufen zwischen den Schaltstellungen für die erste Stufe und die zweite
Stufe noch eine Zwischenstellung erhält und so eingerichtet wird, daß beim Übergang
von der Schaltstellung der ersten Stufe zur Zwischenstufe die Verringerung des Anpreßdruckes
an den Reibflächen herbeigeführt wird, während erst beim Übergang von der Zwischenstufe
zur zweiten Stufe die eigentliche Stufenumschaltung durchgeführt wird. Die Betätigung
der Schalteinrichtung für den Anpreßdruck kann dabei durch mechanische Gestänge
oder auch durch Vermittlung von schaltbaren Hilfskräften, also beispielsweise ,durch
elektrische oder hydraulische Kraftübertragungsmittel in -der gleichen Weise erfolgen
wie d - ie Betätigung der Getriebeschaltung. In der Abb. 2 ist als Beispiel eine
elektrohydraulische Steuereinrichtung für ein Getriebe dargestellt. Die Schaltung
der Getriebestufen erfolgt durch eine Fahrkurbel F die mit einer elektrischen Schaltwalz
verbunden ist. Die Betätigung der einzelnen Kupplungen des Getriebes erfolgt durch
Druckluftzylinder, -die von einer Druckluftquelle D über Magnetventile gespeist
werden. Die einzelnen Schaltkontakte an der Fahrkurbel F betätigen also nacheinander
die Magnetventile in den Druckluftzuleitungen zu den Arbeitszylindern der einzelnen
Kupplungen, die Rückschaltung der Kolben der Arbeitszylinder in die Ausgangsstellung
kann dabei durch Federn erfolgen. Die beiliegende, Abb. 2 zeigt lediglich ein Schaltschema
für die Betätigung des Arbeitszylinders A' für die Kupplung KI der ersten
Getriebestufe mit der zugehörigen Schalteinrichtung für die Verminderung des Anpreßdruckes.
Die Schalteinrichtungen für die weiteren Stufen können in gleicher Weise oder unter
Fortlassung der Einrichtung zur Verringerung des Anpreßdruckes sinngemäß ausgeführt
werden. Die ersten Kontakte an der Fahrkurbel F sind mit den Zeichen i, Z, 2 versehen,
wodurch angedeutet ist, daß zwischen den Schaltstellungen für die erste und für
die zweite Getriebestufe eine Zwischenstellung Z vorgesehen ist, bei der die erste
Getriebestufe mit vermindertem Anpreßdruck eingeschaltet ist.
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Wird die Fahrkurbel F auf die Stufe i eingestellt, so erhält das Magnetventil
M' Strom. Der Steuerschieber dieses Magnetventiles bewegt sich dann gegen die Kraft
der eingezeichneten Feder nach unten, so. daß durch den gewinkelten Steuerkanal
der Arbeitszylinder A' unmittelbar an die Druckluftquel.leD, angeschlossen ist.
Dadurch wird die KupplungK1 mit dem höchstenibmöglichen Anpreß,druck eingerückt.
Sobald das Fahrzeug dann in Bewegung gekommen ist, wird der Fahrschalter F aus der
Stellung i in die StellungZ gerückt, wobei -das Magnetventil III' stromlos gemacht
wird und dafür das Magnetventil
MZ Strom erhält. Das Magnetventil
M1 rückt also wieder in die gezeichnete Stellung ein, bei der der Arbeitszylinder
A' mit einem Ausgleichsbehälter B verbunden ist. Ein abgemessener Teil' der
im Arbeitszylinder .41 befindlichen Druckluft kann also entweichen, wodurch der
Anpreßdruck um das gewünschte Maß vermindert wird. Bei eingeschaltetem Magnetventil
MZ ist der Ausgleichsbehälter B überdies über ein Druckminderventil V mit der Druckluftquelle
D verbunden, so daß der gewünschte verminderte Druck auch bei geringen Undichtheiten
genau auf der gewünschten Höhe gehalten werden kann. Wird beim Weiterschalten das
Magnetventil MZ stromlos gemacht, so rückt es in die gezeichnete Stellung, in der
der Behälter B von der Druckluftzuleitung abgesperrt und dafür mit der Außlenluft
unmittelbar verbunden ist. Die Kupplung der ersten Getriebestufe ist dann völlig
gelöst. Beim Rückwärtsschalten der Fahrkurbel von der zweiten Getriebestufe zur
Nullstellung ergibt sich der gleiche Verlauf in umgekehrter Reihenfolge; durch die
Betätigung des Magnetventils MZ erhält der Arbeitszylinder .41 zunächst verminderten
Luftdruck und bei der weiteren Betätigung des Magnetventils All den vollen
Luftdruck.
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Das in Abb. 2 dargestellte Beispiel zeigt unter anderem, daß es auch
möglich ist, vorhandene fertige Getriebe mit einer Einrichtung zur Änderung des
Anpreßdruckes zu versehen, daß also beispielsweise bei mit Druckmitteln betätigten
Kupplungen nur eine Ergänzung der Steuereinrichtungen von geringem Ausmaß notwendig
ist, um die gewünschten Vorteile zu erzielen. Weiterhin kann das in Abb. 2 dargestellte
Beispiel auch zur Erläuterung einer Anlage dienen, bei der die Verminderung des
Anpreßdruckes selbsttätig in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit erfolgt.
Die hierbei erforderlichen zusätzlichen Einrichtungen sind in Abb. 2 gestrichelt
eingezeichnet; dabei kommt die Einrichtung einer Zwischenstufe Z zwischen den Schaltstufen
i und 2 selbstverständlich in Fortfall. Die zusätzliche Einrichtung besteht aus
einem Fliehkraftregler R, der mit der angetriebenen Welle des Getriebes, also auch
mit den Treibachsen des Fahrzeugs verbunden ist und der einen Umschalter U betätigt.
Die Umschalteinrichtung ist mit Federn und Rasten so versehen, daß der Schalter
stets gezwungen ist, eine der beiden Schaltstel , ]engen einzunehmen und zwischen
den Stellungen nur sprungartig wechseln kann. Bei stillstehendem Fahrzeug befindet
sich der Schalter in der gezeichneten Stellung. Wird dann an -der Fahrkurbel F die
Stufe i eingeschaltet, so erhält das Magnetventil 1111 über den Umschalter Strom,
und es wird dementsprechend die Kupplung der ersten Stufe mit dem höchsten Anpreßdruck
eingeschaltet. Sobald sich das Fahrzeug dann in Bewegung gesetzt und eine bestimmte
Geschwindigkeit erreicht hat, schaltet die Fliehkraftvorrichtung R den Umschalter
U um-, und damit wird an Stelle des Magnetventils .411 das Magnetventil MZ in den
von der Fahrkurbel F geschlossenen Stromkreis eingekurbel F geschlossenen Stromkreis
eingeschaltet. Durch diese Umschaltung wird dann die gewünschte Druckverminderung
erzielt. Wie bereits ausdrücklich erwähnt wurde, ist das Schema nach Abb. 2 nur
ein einzelnes Beispiel für eine Ausführungsform der Erfindung, das aber erkennen
läßt, daß -jede nur denkbare Getriebesteuerung mit einer Einrichtung zur Verminderung
des Anpreßdruckes versehen werden kann, insbesondere wenn bei der Steuerung des
Getriebes schaltbare Hilfskräfte, also beispielsweise Elektrizität oder Druckmittel,
Anwendung finden. Aber auch bei rein mechanisch getätigten Getriebesteuerungen ist
die Einrichtung zur Veränderung rungen ist die Einrichtung zur Veränderung el 2#,
des Anpreßdruckes mit einfachen Mitteln baulich ausführbar, wie das in Abb. 3 schematisch
dargestellte Beispiel zeigt.
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Die Abbildung zeigt eine Lamellenkupplung, die aus den drei Teilen
L', L2 und L' besteht. LI ist dabei der treibende Teil, der mit der treibenden Welle
T fest verbunden ist# L' ist der getriebene Teil, also ein lose auf der Welle T
drehbares Zahnrad, das durch die Kupplungslamellen mit dem Teil L' verbunden werden
kann, und L,1 ist der verschiebbare, den ,#npreßdruck an den Reibflächen erzeugende
Druckring. Der Teil L 3
ist mit einer Schiebehülse SI unmittelbar verbunden,
in welche der Betätigungshebel HI eingreift. Durch diesen Hebel kann der Druckring
L3 von den Lamellen abgehoben werden, das Abheben geschieht gegen die Kraft
der beiden Federn P und F 2 , die beim Loslassen des Hebels den gewünschten
höchsten Anpreßdruck auf den Druckring L3 ausüben. Die Feder F' liegt unmittelbar
am Druckring L' an. Die Feder F' überträgt ihre Kraft dagegen zunächst auf eine
Schiebehülse S' und dann erst auf den Druckring L.
Durch eine Bewegung der
Schiebehülse S2
nach links kann also der Druckring L3 von der Kraft der Feder
F 2 entlastet werden, so daß nur noch die Kraft der Feder F' auf ihn wirkt. Durch
die Anordnung der beiden Federn P und F' und der zusätzlichen Schiebehülse S' ist
also eine Einrichtung geschaffen '. welche es ermöglicht, auf rein mechanischem
Wege den Anpreßdruck der Kupplung auf zwei unterschiedliche Werte einzustellen,
so daß die Kupplung in jer bereits geschilderten Weise zunächst mit dem höchsten
Anpreßdruck
und danach mit dem Mindestwert betrieben werden kann.
Die Bewegung der beiden Hülsen kann dabei auch auf mechanischem Wege von einer Hauptsteuerwelle
aus erfolgen. Die Hauptsteuerwelle H ist zu ,diesem Zwecke mit zwei Nockenscheiben
ausgerüstet, von denen die Nockenscheibe NI zur Bewegung des Winkelhebels HI und
der Schiebehülse S1 dient, während der Nocken N 2 den Winkelhebel H' und die Schiebehülse
S' in der erforderlichen ' Reihenfolge betätigt.
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Das in Abb. 3 dargestellte Beispiel zeigt also, daß auch die Möglichkeit
gegeben ist, .die bei der Erfindung erforderliche Veränderung des Anpreßdrucks durch
eine entsprechende Bauart der Kupplung zu erreichen. In ähnlicher Weise ist es auch
möglich,' den Betätigungshebel einer Reibungskupplung durch zwei wahlweise schaltbare
Federn oder andere Kraftquellen mit verschiedenen Einrückkräften zu belasten, um
den Erfindungsgedanken zu verwirklichen, der also bei jeder beliebigen Bauart der
Kupplungen und bei jeder beliebigen Bauart der zugehörigen Steuerungen anwendbar
ist.