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Schaltvorrichtung mit Freilaufgesperre für Wechselgetriebe, insbesondere
Zusatz-Umlaufgetriebe für Kraftfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltvorrichtung
mit Freilaufgesperre für Wechselgetriebe, insbesondere Zusatz-Umlaufgetriebe für
Kraftfahrzeuge, mit mindestens zwei Gangstufen, von denen die eine durch Festbremsen
eines Getriebeteiles, z. B. Zentralrades, geschaltet wird, und besteht im wesentlichen
darin, daß ein sich gegen den festzubremsenden Getriebeteil (direkt oder indirekt)
abstützender doppelt wirkender Freilauf mit Sperroder Klemmwirkung zur Übertragung
eines direkten Antriebes in beiden Drehrichtungen verwendet und eine Vorrichtung
vorgesehen ist, welche die Sperr- oder Klemmwirkung in mindestens, und zwar vorzugsweise
in nur einer Drehrichtung aufhebt, wenn der durch Festbremsen des Getriebeteiles
geschaltete Gang eingeschaltet wird. Zweckmäßig ist die Anordnung des Freilaufes
derart vorgesehen, daß bei Einschaltung des durch Festbremsen des' einen Getriebeteiles
geschalteten Ganges die Sperr- oder Klemmwirkung des Freilaufes nur in derjenigen
Relativrichtung aufgehoben wird, in welcher sich die beiden Getriebeteile in eingeschaltetem
Gange sowohl bei treibendem Motor als auch bei treibendem Wagen bzw. Abtriebe zueinander
bewegen.
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Durch die Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß mit einfachen Mitteln
und raumsparender Anordnung eine wechselweise Schaltung zwischen einer direkten
und einer unter- oder übersetzten Antriebsübertragung ermöglicht wird. Raumbeanspruchende
Kupplungen und Kupplungsfedern können in Fortfall kommen. Soweit Kupplungen erforderlich
sind, können diese sehr kurz und mit verhältnismäßig geringem
Durchmesser
ausgeführt werden. Gleichzeitig wird durch die Verwendung eines doppelt wirkenden
Freilaufes erreicht, daß sowohl beim Überschalten von dem einen in den anderen Gang
als auch bei Umkehr der Antriebsrichtung, d. h. beispielsweise von treibendem Motor
auf schiebenden Wagen, der Kraftschluß zwischen Antrieb und Abtrieb des Getriebes
nicht unterbrochen wird.
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Des weiteren sieht die Erfindung eine Anordnung der Vorrichtung zum
Aufheben der Sperr- oder Klemmwirkung des Freilaufes derart vor, daß die Einschaltung
des durch Festbremsen des einen Getriebeteiles geschalteten Ganges so lange verhindert
wird, bis die Sperr- oder Klemmwirkung aufgehoben worden ist bzw. die Vorrichtung
in der die Sperr- oder Klemmwirkung aufhebenden Stellung zwangsläufig so lange verbleibt,
wie der betreffende Gang eingeschaltet ist. Im besonderen wird dies dadurch erreicht,
daß die Aufhebung der Sperr- oder Klemmwirkung durch Fest- oder Aufhalten eines
die Sperr- oder Klemmglieder, z. B. Klemmrollen, des Freilaufes führenden Käfigs
erfolgt, und zwar relativ zu demjenigen der vom Freilauf zu kuppelnden Getriebeteile,
gegen welchen die Sperr- oder Klemmglieder einen begrenzten Hub in Drehrichtung
ausführen können. Der Käfig kann zu diesem Zweck mit einer Ausnehmung (oder entsprechend
wirkenden Anschlägen) versehen sein, in die in der einen Sperr- oder Klemmstellung
ein Riegelglied eintreten kann, welches entweder in der anderen Sperr- oder Klemmstellung
an einem Eintreten verhindert wird oder aber ein Verstellen des Käfigs in die andere
Sperr- oder Klemmstellung verhindert, sofern es zuvor in die Ausnehmung eingetreten
ist. Gegebenenfalls kann das Riegelglied mit einem Steuergliede für eine Hilfskraft
zum Festbremsen des festbremsbaren Getriebeteiles gekuppelt oder von diesem derart
betätigt werden, daß die Hilfskraft ein Festbremsen erst dann bewirken kann, wenn
das Riegelglied in seine Riegelstellung verstellt worden ist.
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Erfindungsgemäß ist des weiteren dem Freilauf eine Hilfskupplung parallel
geschaltet, welche zur Synchronisierung der durch den Freilauf zu kuppelnden Getriebeteile
dient und zweckmäßig .nur so groß bemessen ist, als es das Synchronisieren des Motors
beim Umschalten von einem übersetzten Gange in die direkte Antriebsübertragung bei
schiebendem Abtriebe oder Wagen erfordert. Die Wiederherstellung der Sperr- oder
Klemmwirkung des Freilaufes wird hierbei, z. B. durch Zurücknahme eines Riegelgliedes,
erst dann freigegeben, nachdem die dem Freilauf parallel geschaltete Kupplung eingerückt
worden ist.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind der nachfolgenden
Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles zu entnehmen.
Es zeigt Fig. i einen Längsschnitt durch das mit einem doppelt wirkenden Freilauf
versehene zweistufige Planetengetriebe, welches 'z. B. dem Hauptwechselgetriebe
eines Kraftfahrzeuges vor- oder nachgeschaltet ist, Fig.2 eine schematische Ansicht
für die Wirkungsweise des beim Ausführungsbeispiel verwendeten Planetengetriebes
mit doppelt wirkendem Freilauf, Fig. 3 einen Schnitt durch die Freilaufeinrichtung
nach Linie A-B der Fig. i, wobei sich der Freilauf in einer neutralen Mittelstellung
befindet, Fig. 4 einen entsprechenden Teilschnitt durch den Freilauf bei direktem
Antriebe und treibendem Motor, Fig. 5 einen entsprechenden Teilschnitt bei direktem
Antriebe und schiebendem Wagen und Fig. 6 einen entsprechenden Teilschnitt bei eingerücktem
Schnellgange, wobei der Antrieb sowohl vom Motor als auch vom Wagen her erfolgen
kann.
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In Fig. i erfolgt der Antrieb durch die z. B. vom Antriebsmotor über
eine Hauptkupplung angetriebene Antriebswelle i, welche mit dem Planetenträger 2
fest verbunden ist bzw. mit diesem ein Stück bildet. Im Planetenträger 2 sind die
Drehzapfen 3 für die Planetenräder .4 gelagert. Mit dem Planetenträger 2 und den
Zapfen 3 läuft ferner ein als Schaltzylinder ausgebildetes Ringstück 5 um. Die Planetenräder
4 stehen einerseits mit dem äußeren Zentral- oder Hohirade 6 und andererseits mit
dem Sonnenrade7 des Planetengetriebes im Eingriff. Das Hohlrad 6 ist mit der Abtriebswelle
8 verbunden, welche gleichzeitig Antriebswelle für ein nachgeschaltetes und beispielsweise
u. a. die Rückwärtsgangübersetzung enthaltendes Hauptwechselgetriebe für den Fahrzeugantrieb
sein kann. Doch kann das Hauptwechselgetriebe auch dem Zusatzumlaufgetriebe vorgeschaltet
sein. Die Abtriebswelle 8 kann in diesem Falle gleichzeitig die Ritzelwelle für
das Hinterachsgetriebe bilden.
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Das Sonnenrad 7 ist mit einem glockenförmigen Nabenstück 9 fest verbunden
bzw. in Drehrichtung gekuppelt, welches als innerer Träger für die Lamellen einer
Lamellenbremse io sowie einer Lamellenkupplung i i dient. Die Lamellenbremse io
kuppelt hierbei in Kupplungsstellung den Teil 9 mit dem Getriebegehäuse 12, wobei
das Einschalten mittels eines Kolbens 13 durch eine in den Schaltraum 14 eintretende
Druckflüssigkeit, z. B. Drucköl, bewirkt wird. Die Kupplung i i andererseits kuppelt
das mit dem Sonnenrade 7 verbundene Nabenstück 9 mit dem mit dem Planetenträger
2 verbundenen Zylinder 5, wobei das Einschalten in diesem Falle unter Vermittlung
eines Kolbens 15 bei Zutritt der Druckflüssigkeit in den Schaltraum 16 erfolgt.
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Auf der Antriebswelle i ist ferner ein Ringstück 17 aufgekeilt, welches
als Innenring für die Klemmrollen 18 eines doppelt wirkenden Freilaufes dient, als
dessen Außenring das Getriebeglied oder Nabenstück 9 wirkt.
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Der Außenring 9 besitzt hierbei eine zylindrische innere Lauffläche
für die Klemmrollen 18, während der Innenring 17, wie aus den Fig. 3 bis 6 hervorgeht,
mit entgegengesetzt wirkenden Rampen oder Klemmflächen i9 bzw. 20 für die einzelnen
Klemmrollen 18 versehen ist. Die Klemmrollen 18 werden durch einen Käfig 21 gehalten,
welcher, z. B. seitlich neben den Rollen 18, eine Ausnehmung 22 von begrenzter Länge
in Umfangsrichtung besitzt.
Mit dieser Ausnehmung wirkt ein als
Kugel 23 ausgebildetes Riegelglied derart zusammen, daß es, wenn die Pfeilrichtung
x als Vorwärtsdrehrichtung für die Antriebswelle i angenommen wird, in der mittleren
neutralen Stellung der Klemmrollen 18 die in Fig. 3 dargestellte einseitige Lage
zur Ausnehmung 22 annimmt.
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Das Sperrglied oder die Kugel 23 wird durch die kegelige Schrägfläche
eines Steuerschiebers 24 in seine Riegelstellung, d. h. in Eingriff mit der Ausnehmung
22, gebracht, sofern, je nach der Stellung des Käfigs, eine solche Eingriffsmöglichkeit
gegeben ist und der zugleich als Kolben ausgebildete Steuerschieber 24 gegen die
Wirkung einer Feder 25 durch eine bei 26 zufließende und in den Kolbenraum 27 eintretende
Druckflüssigkeit nach rechts verschoben wird.
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In der in Fig. i dargestellten Lage. des Steuerschiebers 24 ist ferner
der Schaltraum 14 für den Kolben 13 über eine Steuernut 28 im Schieber 24 mit einer
z. B. durch Bohrungen 29 in der Antriebs-bzw. Abtriebswelle gebildeten Rückleitung
verbunden. Die Verbindung wird unterbrochen und gleichzeitig der Schaltraum 14 über
den Kolbenraum 27 mit der Zuleitung 26 der Druckflüssigkeit verbunden, wenn der
Steuerschieber 24 in seine rechte Endstellung gebracht wird. Der Schaltraum 16 für
den Kolben 14 wird ferner mit der Schaltflüssigkeit durch eine Zuleitung 3o beliefert,
welche z. B. ebenfalls durch Bohrungen in der Antriebs- und Abtriebswelle bzw. des
Planetenträgers und der mit ihm verbundenen Teile gebildet wird. Eine Zweigleitung
31 kann hierbei zu einem kleinen Druckraum 32 führen (s. insbesondere F ig. 3),
in welchem ein Kolben 33 mit einem Sperrzapfen 34 unter der Wirkung einer Feder
35 derart verschoben werden kann, daß der Sperrzapfen 34 hinter die Bundfläche 36
des Schiebers 24 tritt und diesen an einer Rückkehr in seine linke Endstellung hindert
bzw. eine solche Rückkehr erst dann freigibt, wenn auf den Kolben 33 im Raum 32
ein Druck durch die Druckflüssigkeit ausgeübt wird.
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Der Zufluß der Druckflüssigkeit zur Zuleitung 26 kann hierbei in beliebiger
Weise, z. B. von Hand oder auch selbsttätig, geschaltet werden, indem z. B. oberhalb
einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit die Zuleitung 26 unter Druck und unterhalb
einer bestimmten (gegebenenfalls beim Zurückschalten niederen) Fahrgeschwindigkeit
wieder drucklos gemacht wird. Die Druckflüssigkeit zur Zuleitung 30 kann zweckmäßig
so gesteuert werden, daß sie nur zeitweise bei der Drucklosmachung des Schaltraumes
14 oder im Anschluß hieran mit Druckflüssigkeit beliefert wird.
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Die Wirkungsweise des Getriebes ist folgende: Es sei angenommen, daß
sowohl die Bremse io als auch die Kupplung i i ausgerückt sind. Der Antrieb erfolge
vom Motor durch die Antriebswelle i bzw. durch den Planetenträger 2, wobei durch
die Pfeilrichtung x die Vorwärtsdrehrichtung angedeutet werde. Infolge des Widerstandes
am Hohlrade 6 versucht das Sonnenrad 7 mit dem Außenring 9 des Freilaufes (vgl.
Fig. 2) die Antriebswelle i mit dem Innenring 17 des Preilaufes zu überholen. Hierbei
ergibt sich die in Fig.4 dargestellte Klemmstellung, welche eine direkte Kupplung
des Planetenträgers mit dem Sonnenrade und damit der Antriebswelle i mit der Abtriebswelle
8 bewirkt.
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Bei Umkehr der Antriebsrichtung, d. h. bei schiebendem Fahrzeug, gelangen
die Klemmrollen 18 mit dem Käfig 21 in die in Fig. 5 dargestellte Lage. Das Riegelglied
23 übt hierbei eine verriegelnde Wirkung auf den Käfig 21 nicht aus, da es auch
bei einem Einfallen in die Ausnehmung 22 in der Stellung 4 ohne weiteres in seine
Bohrung zurückgedrückt wird, sobald der Käfig 21 die Relativlage zum Innenring
17 nach Fig. 5 einnimmt.
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Es wird demnach bei ausgeschalteter Bremse io bzw. Kupplung i i in
jeder Antriebsrichtung bzw. in jeder Relativdrehrichtung von Antriebs- und Abtriebswelle
zueinander eine Klemmwirkung durch die Klemmrollen 18 erzeugt, welche einen direkten
Antrieb in jedem Falle vermittelt.
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Zur (willkürlichen oder selbsttätigen) Einschaltung einer ins Schnelle
übersetzenden Gangstufe werden die Zuleitung 26 und der Kolbenraum 27 mit Druckflüssigkeit
beliefert bzw. unter Druck gesetzt, wodurch das Steuerglied 24 gegen die Wirkung
der Feder 25 nach rechts gedrückt wird. Befindet sich die Freilaufvorrichtung hierbei
in der Stellung nach Fig. 5, erfolgt also der Antrieb, z. B. in einem Gefälle, vom
schiebenden Wagen her, so kann indessen der Steuerschieber 24 dem Druck der Druckflüssigkeit
nicht nachgeben, da die Kugel 23 die Bewegung des Steuerschiebers 24 nach rechts
verhindert. Eine Umschaltung findet daher nicht statt bzw. kann erst dann stattfinden,
wenn der Fahrer Gas gibt und damit einen Zustand des Antriebes nach Fig. 3 oder
Fig. 4 herstellt. Sobald in diesem Falle die Kugel 23 vor die -Ausnehmung 22 tritt,
wird sie durch die Schrägfläche an, dem von der Druckflüssigkeit belasteten und
sich nunmehr nach rechts (Fig. i) verschiebenden Steuerschieber 24 in die Ausnehmung
22 gedrückt und in dieser durch den Steuerschieber 24 verriegelt. Gleichzeitig wird
der Sperrzapfen 34 am Kolben 33 nach vorn gedrückt, indem er hinter die Bundfläche
34 des Steuerschiebers tritt, was zur Folge hat, daß der Steuerschieber 24 an einer
Rückkehr nach links bzw. die Kugel 23 zusätzlich an einem Austritt aus der Ausnehmung
22 verhindert wird. Infolge der Verschiebung des Steuerschiebers 24 kann die Druckflüssigkeit
nunmehr über den Kolbenraum 27 in den Schaltraum 14 des Kolbens 13 übertreten, wodurch
die Lamellenbremse io angezogen und damit der Außenring 9 des Freilaufes bzw. das
Sonnenrad ,7 des Planetengetriebes festgebremst wird. Die Kugel oder das Riegelglied
23 verhindert hierbei, bei Drehung der Antriebswelle i mit Innenring 17 in Vorwärtsdrehrichtung
x, wie in Fig. 6 dargestellt, daß die Klemmrollen 18 in Klemmstellung an der Schrägfläche
i9 des Innenringes 17 gelangen, indem sie den Käfig in seiner Mittelstellung festhalten,
und zwar sowohl bei treibendem Motor als auch bei treibendem Wagen, da die Drehrichtung
der Antriebswelle i in beiden Fällen die gleiche ist.
Daß der Fahrer
bei schiebendem Wagen den Schnellgang nicht einschalten kann, kann insbesondere
dann als Vorteil angesehen werden, wenn der Fahrer, z. B. bei Bergabfahrt, bei zurückgenommenem
Gaspedal mit dem Motor bremsen will. Will er trotzdem im Schnellgang fahren, sich
also mit einer geringeren Bremswirkung des Motors begnügen, so kann er durch kurzzeitiges
Zwischengasgeben auch in diesem Sonderfalle die Einschaltung des Schnellganges erreichen.
Des weiteren wird dadurch bei automatischem Schalten ein zu häufiges nutzloses Umschalten
zwischen den Gängen verhindert, da, z. B. bei plötzlichem Gaswegnehmen. ein sonst
gegebenenfalls erfolgendes Umschalten unterbleibt.
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Zweckmäßig ist die Schaltung des Umlaufgetriebes mit dem nachgeschalteten
Hauptwechselgetriebe derart vorgesehen, daß in allen niederen Gängen, z. B. bis
zum direkten Gange, sowie im Rückwärtsgange die direkte Gangübersetzung im Zusatzumlaufgetriebe
eingeschaltet ist und lediglich zur Erzielung eines Schnellganges das Sonnenrad
abgebremst wird. Doch kann gegebenenfalls auch jeder Gangstufe des Hauptwechselgetriebes
jede der beiden Gangstufen des Zusatzplanetengetriebes zugeordnet sein.
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Soll das Fahrzeug in einer Steigung rückwärts rollen, so ist dies
bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel allerdings nicht bei eingeschaltetem Schnellgange
möglich, wofür jedoch auch praktisch kein Bedürfnis gegeben ist. Der Innenring
17 wurde in diesem Falle eine Bewegung entgegengesetzt der Drehrichtung x
relativ zu dem festgebremsten Außenring 9 des Freilaufes versuchen, was jedoch infolge
der Klemmwirkung .der Rollen 18 an den Klemmflächen 20 sofort verhindert würde.
Die Bremse io würde daher in diesem Falle den Antrieb als Ganzes sperren und somit
als Rücklaufsicherung für das Fahrzeug wirken.
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Dagegen kann das Fahrzeug bei eingeschalteter direkter Gangstufe des
Zusatzgetriebes und eingeschaltetem Vorwärtsgange des Hauptgetriebes ungehindert
rückwärts rollen. Ist daher die Schnellgangstufe des Zusatzplanetengetriebes eingeschaltet
und soll ein Rückwärtsrollen des Fahrzeugs oder ein sonstiger Rückwärtsantrieb von
der Abtriebsseite des Getriebes her stattfinden, so kann der Fahrer dies dadurch
erreichen, daß er, sofern nicht bereits eine Umschaltung infolge Selbsttätigkeit
des Getriebes erfolgt ist, auf den direkten Gang, z. B. durch Drucklosmachung des
Schaltraumes 14, umschaltet.
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Würde z. B. bei schiebendem Wagen die Umschaltung von der Schnellgangstufe
auf die direkte Gangstufe unmittelbar durch Freigeben der Bremse io erfolgen, so
würde das hierdurch freigegebene Sonnenrad 7 sich sofort durch Verstellung des Antriebes
in die Stellung nach Fig. 5 mit der Antriebswelle i verklemmen, was in der Regel
einen heftigen Stoß zur Folge hätte. Um dies zu verhindern, ist die Kupplung i i
vorgesehen, welche ein Synchronisieren der durch den Freilauf zu kuppelnden Getriebeteile,
d. h. ein Beschleunigen der Antriebswelle i bzw. des Motors auf die Drehzahl der
Abtriebswelle 8 bezweckt. Um dieses Synchronisieren sicherzustellen und ein vorzeitiges
Freigeben der Bremse 1o zu verhindern, kann der Steuerschieber 2q., auch wenn bereits
der Druck im Schaltrattm i4 aufgehoben worden ist, erst dann nach links verstellt
und damit eine Verstellung des Käfigs aus der Lage nach Fig. 6 in die Lage nach
Fig. 5 bewirkt werden, wenn gleichzeitig mit dem Schaltraum 16 für die Kupplungskolben
15 auch der Kolbenraum 32 für den Kolben 33 mit dem Sperrzapfen 34 Flüssigkeitsdruck
erhalten hat. Der Kolben 33 wird alsdann gegen die Feder 35 zurückgedrückt, und
der Schaltschieber 24 kann unter der Wirkung der Feder 25 sich nach links verstellen.
Wenn die Kupplung i i gefaßt und ganz oder teilweise synchronisiert hat, findet
ein weiches stoßloses Einrücken auf direkte Kupplung von Antrieb und Abtrieb statt.
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Erfolgt die Rückschaltung vom Schnellgange auf direkten Gäng unter
Gas, so wird sich nach Lösen der Bremse der Motor beschleunigen, und der direkte
Antrieb wird von dem nur in einer Richtung verriegelten Freilauf hergestellt.