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Verfahren zum Schalten von Wechselgetrieben mit mehreren Ubersetzungsstufen
und Wechselgetriebe zur Durchführung dieses Verfahrens, insbesondere für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf ein Wechselgetriebe mit mehreren übersetzungsstufen,
insbesondere für Kraftfahrzeuge, unter Verwendung von zu- und abschaltbaren Einwegkupplungen
(z. B. Freiläufen) sowie ferner auf Verfahren zum Schalten eines solchen Getriebes.
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Es sind Wechsel 'getriebe vorgeschlagen worden, bei denen einer der
Gänge mit einem Hauptfreilauf, d.Ii. mit einer den Antrieb in Hauptantriebsrichtung
(bei treibendem Motor) übertragenden Einwegkupp-1 ung, und ein anderer Gang mit
einem Gegenfreilauf, d. li. mit einer entgegengerichtet (bei schiebendem
Abtriebe) wirkenden Einwegkupplung versehen ist. Der Hauptfreilauf ist hierbei in
einem niederen, der Gegenfreilauf in einem höheren Gange angeordnet, so daß eine
Selbstsperrung des Getriebes in den Freiläufen normalerweise nicht eintreten kann.
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Die Erfindung beruht auf einer Weiterentwicklung solcher Getriebe,
indem das Prinzip der Verwendung entgegengesetzt gerichtet wirkender Einwegkupplungen
auf das ganze Getriebe bzw. einen mehrere Übersetzungen umfassenden Teil. desselben
ausgedehnt und dadurch eine neuartige und vorteilhafte- Schaltung ermöglicht wird.
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Ein wesentlicher Erfindungsgedanke besteht demgemäß darin, daß bei
Wechselgetrieben, bei denen die Last bei treibendem Motor zum Schalten in einhöheres
Übersetzungsverhältnis durch Zuschalten ZD
oder beim Schalten in
ein niedrigeres übersetzungsverhältnis durch Lösen nur einer Kupplung von der Einwegkupplurig
des bisherigen Gangs abgenommen und von der des neuen Gangs übernommen wird, die
Last bei schiebendem Abtrieb zum Schalten in ein niedrigeres Übersetzungsverhältnis
durch Zuschalten oder in ein höheres übersetzungsverhältnis durch Lösen nur einer
Kupplung durch die Einwegkupplung des zu schaltenden Gangs übernommen wird. Die
Anordnung wird hierbei zweckmäßig derart getroffen, daß sowohl zum Schalten in einem
nächstfolgenden als auch zum Schalten in einen beliebigen anderen Gang,
je nachdem, ob in einen höheren oder in einen niederen Gang bzw. bei treibendem
Motor oder schiebendem Abtriebe geschaltet werden soll, der Übergang durch Zuschalten
bzw. Lösen nur einer Kupplung stattfindet. Das Verfahren kann hierbei in einer solchen
Weise ausgeübt werden, daß in einem mittleren Übersetzungsbereich jeweils die Einwegkupplung
der einen Stufe für die Hauptantriebsrichtung und die entgegengesetzt wirkende Einwegkupplung
der nächsten Stufe mit der zugehörigen Welle gekuppelt und zur Wirkung gebracht
wird, wodurch der Antrieb vom Motor her über das niedrige, der Antrieb vom Abtrieb
her über das höhere Übersetzungsverhältnis erfolgt. Zweckmäßig sind ferner in einem
mittleren Übersetzungsbereich (insbesondere mit Ausnahme - des niedrigsten
und des höchstentbersetzungsverhältnisses) jeweils vier Einwegkupplungen eingeschaltet,
und zwar für die Hauptantriebsrichtung diejenige einer unteren - und einer
mittlerenübersetzungsstufe und für dieGegenantriebsrichtung diejenige der mittleren
und einer höheren Übersetzungsstufe, so daß das Übersetzungsverhältnis der mittleren
Übersetzungsstufe in beiden Antriebsrichtungen fest ist.
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In Ausgestaltung dieses erfindungsgemäßen Verfahrens besteht ein weiterer
wesentlicher Erfindungsgedanke darin, daß zumÜberschaltenvoneiner mittleren Stufe
auf eine der beiden benachbarten Stufen gegebenenfalls die gleichzeitig eingeschaltete
Einwegkupplung der nichteinzuschaltenden benachbarten Stufe und in jedem Falle die
dieser entgegengesetzt wirkende Einwegkupplungder bisher eingeschalteten Stufe gelöst
und die (neben der bereits zugeschalteten Einwegkupplung) zweite Einwegkupplung
der einzuschaltenden Stufe sowie gegebenenfalls die dieser entgegengesetzt wirkende
Einwegkupplung der darauffolenden Übersetzungsstufe eingerückt wird. Vorzugsweise
geschieht hierbei das Lösen der bisher eingeschalteten Einwegkupplungen und das
Einschalten der neu einzuschaltenden Einwegkupplungen nacheinander, so daß in der
dadurch entstehenden Zwischenstufe ein Antrieb bei einer Antriebsrichtung noch in
der bisherigen Stufe und bei der anderen Antriebsrichtung in der neu ein7uschaltenden
Stufe erfolgt.
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Die Erfindung sieht des weiteren in Verbindung mit einer entsprechenden
Ausgestaltung der Schaltelernente eine solche S chaltung #desGetriebes vor, daß
die Übersetzungsstufen, gegebenenfalls mit Ausnahnie der niedrigsten und der höchsten
übersetzungsstufe, wahlweise entweder in beiden Antriebsrichtungen ausgeschaltet
oder nur in den Hauptantriebsrichtungen bzw. nur in der Gegenantriebsrichtung oder
in beiden Antriebsrichtungen eingeschaltet werden können.
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Des weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Ausgestaltung der
Getriebe insbesondere derart, daß die vorher beschriebenen Schaltverfahren bei ihnen
in geeigneter Weise zur Anwendung kommen können. Demgemäß besteht die Erfindung
weiterhin darin, daß mehreren, vorzugsweise allen Übersetzungsstufen, jedoch z.
B. außer der niedrigsten,und der höchsten Übersetzungsstufe, je eine Einwegkupplung
in Hauptantriebsrichtung und je eine Einwegkupplung in Gegenantriebsrichtung
zugeordnet sind.
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Ferner sind hierbei zweckmäßig der niedrigsten Stufe eine Haupteinwegkupplung
und der höchsten Stufe eine Gegeneinwegkupplung zugeordnet. Die Einwegkupplungen
sind hierbei z. B. sämtlich oder z. B. sämtlich mit Ausnahme der Haupteinwegkupplung
der niedersten Übersetzungsstufe und der Gegeneinwegkupplung der höchsten Übersetzungsstufe
vorn An- oder Abtrieb entkuppelbar, so daß der Antrieb über die Einwegkupplungen
in beiden relativen Drehrichtungen unterbrochen werdenkann, um einen Antrieb in
Hauptantriebsrichtung auch in den unteren Stufen bzw. in Gegenantriebsrichtung auch
in den oberen Stufen zu ermöglichen.
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Durch die Erfindung läßt sich ein sehr leichtes und stoßloses Überschalten
von einem Gang in einen anderen Gang erzielen. Dadurch, daß jeweils nur eine Kupplung
gleichzeitig zu betätigen ist, also nicht gleichzeitig eine Kupplung gelöst und
eine andere eingeschaltet werden muß, um aus dem. einen Gang in den anderen überzugehen,
ist ein Abstimmen des Kupplungsgrades beider Kupplungen nicht erforderlich. Während
bei den normalen S chaltungsweisen im Augenblick des Überschaltens nach Lösen
der Schaltkupplung des bisherigen Gangs und vor dem Einrücken des neuen Gangs eine
Antriebsunterbrechung eintritt, ist dieses bei der Erfindung trotz eines stufenweisen,
zeitlich aufeinanderfolgenden Ab- und Zuschaltens nur je einer Kupplung
nicht der Fall. Die Zwischenstufe kann vielmehr beliebig lange beibehalten werden,
ohne daß eine Unterbrechung des Antriebes eintritt. Die Schaltung kann ohne Drehzahlzunahme
des Motors und insbesondere bei treibendem Motor und ohne Drehzahlabfall beim Aufwärtsschalten
stoßfrei erfolgen. Besondere Synchronisierkupplungen sind hierbei nicht erforderlich.
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Die Wirkung des Getriebes ist hierbei grundsätzlieh derart, daß jeweils
von mehreren eingeschalteten Haupteinwegkupplungen diejenige den Antrieb in Hauptantriebsrichtung
(d. h. bei treibendem Motor und Vorwärtsgang) überträgt, welche sich im höchsten
zugeordneten Gang befindet, und daß ferner von mehreren Gegeneinwegkupplungen bei
einem Antrieb in Gegenrichtung (d. h. bei schiebendem Abtriebe und Vorwärtsgang)
diejenige den Antrieb überträgt, welche dich im zugeordneten niedrigsten Gang befindet.
Um ein Sperren des (gttriebes zu verhindern, darf ferner jeweils keine Gegeneinwegkupplung
in einem niedrigeren Gang als eine
der Haupteinwegkupplungen eingeschaltet
sein. Durch die Einschaltung eines Haupt- und eines Gegenfreilaufs in der gleichen
Übersetztingsstufe wird diese nach beiden Antriebsrichtungen, hin mit Antrieb und
Abtrieb fest gekuppelt.
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Bei einem nach der Erfindun- aufgebauten Getriebe, insbesondere Vorgelegegetriebe,
können die t> t' 23 Haupteinwegkupplungen und die Gegeneinwegkupplungen schaltungsmäßig
eine ununterbrochene Kette bilden, wobei z. B. eine Haupt- und eine Gegeneinweg-kupplung
durch eine gemeinsame Schaltkupplung wirksam gemacht werden können. Für ein normales
Wechselgetriebe mit Vorgelegewelle, bei welchem hiernach sämtliche Übersetzungsstufen
nach den erfindungsgemäßen Prinzipien geschaltet werden, sind z. B. hiernach (bei
insgesamt ii, übersetzungsstufen) ii, Schaltkupplungen sowie ii,- i Haupteinwegkupplungen
und ii - i Gegeneinwegkupplungen erforderlich. Am Schaltvorgang zwischen
zwei mittleren Gängen sind ferner je drei Kupplungseinheiten beteiligt, wovon
die erste geb el löst, die zweite mittlere unberührt bleibt und die dritte eingeschaltet
wird.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind der nachfolgenden
Beschreibung von fünf Aus-ZD ZD führungsbeispielen-, die nur einige unter vielen
konstruktiveil Möglichkeiten darstellen, der Erfindung zu entnehmen. An Hand derselben
soll auch die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Getriebe und das bei ihnen angewendete
Schaltverfahren noch näher erläutert werden. Im einzelnen zeigt #bb. i einen schematischen
Längsschnitt durch ein Viergang-Vorgelege-Getriebe mit als Kleinmrollenfreiläufe
ausgebildeten Haupt- und Gegeneinweg-kupplungen, Abb. 2 einen Schnitt durch einen
Hauptfreilauf., z. B. nach Linie A-A der Abb. i.
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Abb. 3 einen Schnitt durch einen Gegenfreilauf, z. B. nach
Linie B-B der Abb. i, Abb. 4 eine konstruktive Einzelheit aus dem Getriebe nach
Abb. i, Abb. 5 die schematische Darstellung eines Viergan-Yetriebes, dessen
Gänge durch je eine als Haupt-oder Gegenfreilauf schaltbare Schaltkupplung
eingerückt werden können, Abb. 6 eine einzelne Schaltkupplun,' nach Abb.
5
in vergrößertem Maßstabe, ,#,bb. 7 die schematische Darstellung eines
Umlaufgetriebes mit vier Gängen für eine erfindungsgemäße Schaltung zwischen dem
2 3. und 4. Gang, 11 Abb. 8 und 9 Ansichten der im Fall der Abb. verwendeten
Freiläufe von der Antriebsseite her, Abb. io die schematische Darstellung eines
weiteren Umlaufgetriebes für eine erfindungsgemäße Schaltung nvischen sämtlichen
Gängen des Getriebes, Abb. i i bis 14 Ansichten der im Fall der Abb. i i verwendeten
Freiläufe von der Antriebsseite her, Abb. 15 ein weiteres Anwendungsbeispiel mit
zwei überkreuz 'geschalteten Planetengetrieben und Abb. 16 bis 18 Ansichten der
im Fall der Abb. 17 verwendeten Freihäufe von der Antriebsseite her.
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In Abb. i ist a die antreibende, b die abtreibende Welle und c eine
Vorgelegewelle. Zum Beispiel wird die Hauptwelle a vom Motor angetrieben, während
die Abtriebswelle b eine Fahrzeugachse antreibt. Auf der Hauptwelle sind
die Zahnräder 1, 2 und 3
für den 1., 2. und 3. Gang lose drehbar gelagert,
die je mit einem Zahnrad 1', 2', 3' auf der Vorgelegewelle
c im Eingriff stehen. Durch das eine Abtriebskonstante bildende Zahnradpaar
d, d' stehen ferner die Vorgelegewelle c und die Abtriebswelle
b in ständiger Antriebsverbindung miteinander. Ein Zahnrad r dient beispielsweise
für den Rückwärts--an,-,. welcher in beliebiger Weise, z. B. durch Verschi eben
des Zahnrades d, geschaltet werden kann.
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Auf den Xaben der Zahnräder 1, 2 und 3 sind als Haupteinwegkupplungen
wirkende Freiläufe(Hauptfreiläufe) fl, f2 und f3, ferner auf den Naben
der Zahnräder 2, 3 und einem Flansch der Antriebs-,velle a als Gegeneinwegkupplungen
dienende Freiläufe (Gegenfreiläufe) - , - und 94 angeordnet. Die t' h2
h3
Außenringe el, c2, e und c von Lamellenkupplunz# 3 4 gen
kl, 1?,#, #,3 und k4 bilden gleichzeitig Außenringe der Haupt- und Gegenfreiläufe,
wobei fl und - so-212 wie ferner f., und g. je einen gemeinsamen Außenring
el, e. besitzen, während dem Hauptfreilauf f.., und dem Gegenfreilauf
94 gesonderte Außenringe zugeordnet sind. Der Außenring e4 des Gegenfreilaufs
g4 ist hierbei mit der Abtriebswelle b fest verbunden.
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Die inneren Kupplungsstücke i" i2, i, und i4 laufen zusammen mit der
Antriebswelle a um.
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Wie Abb. 2 zeigt, sind die Hauptfreiläufe fl, f2
und
f3 derart ausgebildet, daß bei normalem Vorwärtsantrieb des Motors in Pfeilrichtung
x der Innenring des Freilaufs, also das betreffende Zahnrad (z. B. i), mit dem Außenring
des betreffenden Freilaufs durch Klemmwirkung der Rollen gekuppelt wird, der Antrieb
über den Hauptfreilauf jedoch unterbrochen wird, wenn das Zahnrad bzw. der Innenring
den Außenring in Pfeilrichtung x überholt. Umgekehrt wird, wie Fig. 3 zeigt,
eine Antriebsverbindung über die Gegenfreiläufe g., g.3 vom Innenring auf
den Außenring, also vom Ab-
trieb bzw. von den Zahnrädern auf das äußere Kupplungsstück
bzw. den Antrieb hergestellt, wenn der Innenring den Außenring in Pfeilrichtung
y der Fig. 3 überholt, der Antrieb also bei normaler Vorwärtsdrehrichtung
vom Fahrzeug her erfolgt. Das ,olleiche gilt grundsätzlich auch für den Gegenfreilauf
94, nur daß in diesem Fall der Außenring mit der ,,btriebswelle und der Innenring
mit der Antriebswelle verbunden ist.
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Die Kupplungen kp k21 k3' k4 werden z. B. hydraulisch geschaltet.
Eine konstruktivere Ausführung einer solchen Kupplung mit den zugehörigen Freiläufen
zeigt Abb. 4, in welcher z. B. die Kupplung k.
in vergößertem Maßstab dargestellt
ist. Das die Lamellen tragende Kupplungsstück i2" ist gleichzeitig als Zylinder
ausgebildet, in welchem der Kolben k,' gleitet und durch hvdraulischen Druck die
Lamillenkupplung k" einschaltet; hierdurch wird der Außenring e, mit
der Antriebswelle a gekuppelt. Das äußere Kupplungsstück e.. ist ferner (was
jedoch für das erfindungsgemäße Verfahren nicht unbedingt el
notwendig
ist) mehrteilig ausgebildet derart, daß die Außenringe e 2/ und e2" der Freiläufe
f2, g,3 gegeneinander in einem Konus _e2... gleiten können, wenn der Kupplungskolben
k2' ohne Druck ist. Hierdurch wird auch ein Rückwärtsrollen des Fahrzeugs bei eingeschaltetem
Vorwärtsgang ermöglicht, was jedoch z. B. auch durch Lösen des Rades d erfolgen
kann.
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Die Wirkungsweise des gezeigten Getriebes ist folgende: i. Gang. Die
Kupplung kl ist eingeschaltet, die übrigen Kupplungen laufen leer. Bei Antrieb durch
die A-ntriebswelle a in Pfeilrichtung x (Fig. 2,) wird der Antrieb über den Hauptfreilauf
fi und weiter über i, i', c, d, d' auf die Abtriebswelle
b übertragen. Kehrt sich die Antriebsrichtung uni, indem der Antrieb von
der Abtriebsseite (Fahrzeugachse) her erfolgt, so löst sich der Hauptfreilauf fl,
und die Abtriebsdrehzahl kann sich gegenüber der MotordrehzahL so lange erhöhen,
bis der Gegenfreilauf g.
faßt und nunmehr der Antrieb bei schiebendem
Ab-
trieb rückwärts von der Abtriebswelle über die Zahnräder d, d
und 2', 2, also im 2. Gang erfolgt.
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2. Gang (einschließlich Schaltung vom i. in den 2. Gang). Zur Schaltung
auf den 2,. Gang wird die Kupplung k2 eingerückt, so daß die Laufringe der
Hauptfreiläufe fl und f2 sowie der Gegenfreiläufe g2
und
g3 mit Antrieb und Abtrieb gekuppelt sind. Bei treibendem Motor übernimmt
im Augenblick der Schaltung der Hauptfreilauf f2 über die Zahnräder 2" 2,'
sofort und stoßlos die Antriebsübertragung im 2. Gang, wobei durch Beschleunigung
des Zahnrades i über die Vorgelegewelle c der Hauptfreilauf fl gelöst wird. Bei
treibendem Ab-
trieb (z. B. schiebendem Wagen) bleibt dagegen die Antriebsübertragung
im Gegenfreilauf 92, also ebenfalls im 2-,. Gang, erhalten, da der Innenring des
Gegenfreilaufs g. über die Zahnräder 3*, 3 langsamer als der Außenring
e2 dieses Gegenfreilatifs umläuft. Da sowohl f2 als auch 92 den Antrieb in
der einen und in der anderen Richtung übertragen, ist das Zahnrad 2, mit
der Antriebswelle a fest gekuppelt, so daß in beiden Antriebsrichtungen der 2. Gang
eingeschaltet ist.
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3. Gang (einschließlich Schaltung vom 2. in den 3. Gang).
Die Schaltung in den 3. Gang erfolgt durch Ausschalten der Kupplung
k. und hierauf erfolgendes Zuschalten der Kupplung k3. Durch das Ausschalten
der Kupplung k, wird schon in der Zwischenstufe der Gegenfreilauf 92 aus
der Antriebsübertragung bei schiebendem Abtrieb ausgeschaltet, indem der Gegenfreilauf
g. dessen FunktiOn im 3. Gang übernimmt, sobald Drehzahlgleichheit
zwischen den zu verbindenden Teilen besteht. Bei treibendem Motor bleibt dagegen
zunächst die Antriebsübertragung über den Hauptfreilauf f2 im :2. Gang erhalten.
Erst bei Einschaltung der Kupplung k. findet auch der Gangwechsel bei treibendem
Motor statt, indem der Hauptfreilauf f,1 sofort und stoßlos den Antrieb an
Stelle des Hauptfreila-ufs f2
übernimmt.
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4. Gang (einschließlich Schaltung vom 3. in den 4. Gang). Zur
Einschaltung des 4. Gangs wird zunächst die Kupplung k 2 ausgerückt. Der
Antrieb bei schiebendem Abtrieb erfolgt alsdann entsprechend der vorher beschriebenen
Wirkungsweise schon in der Zwischenstufe statt über den Gegenfreilauf
g. über den Gegenfreilauf g4, was eine direkte Verbindung zwischen
Abtriebswelle b und Antriebswelle a, also die Schaltung in den 4. Gang, bewirkt.
Bei Antrieb durch den Motor bleibt dagegen zunächst die Antriebsübertragung über
den Hauptfreilauf fa erhalten, bis die Kupplung k4 eingeschaltet wird. Diese kuppelt
das mit der Amtriebswelle a fest verbundene innere Kupplungsstücki, unmittelbar
mit dem auf der Abtriebswelle b angeordneten Kupplungsstück e4 und stellt
somit in beiden Richtungen eine unmittelbare kraftschlüssige Antriebsverbindung
unter Überbrückung der Freiläufe her. Das Abwärtsschalten findet in grundsätzlich
gleicher Weise, nur in umgekehrter Reihenfolge, statt.
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Wie ersichtlich, braucht in beiden Antriebsrichtungen zum Schalten
von dem einen in den anderen Gang " und zwar auch zwischen mittleren Gängen,
jeweils nur eine Kupplung zu gleicher Zeit geschaltet zu werden, indem, z. B. beim
Schalten vom .2. auf den 3. bzw. vom 3. auf den 4. Gang, zunächst
jeweils eine Kupplung abgeschaltet und erst hierauf eine weitere Kupplung zugeschaltet
wird.
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Es sind also am Schaltvorgang insgesamt jeweils drei Kupplungseinheiten
beteiligt. Bei eingeschaltetem mittlerem Gang sind zwei Kupplungseinheiten eingerü,ckt,
durch welche einerseits der Hauptfreilauf eines unteren Gangs und der Gegenfreilauf
des mittleren Gangs und andererseits der Hauptfreilauf dieses Gangs und der Gegenfreilauf
des höheren Gangs für die Antriebsübertragung in Bereitschaft stehen. Der Antrieb
bei treibendem Motor wird hierbei von dem höchsten eingeschalteten Hauptfreilauf,
also demjenigen des mittleren Gangs, der Antrieb bei schiebendem Fahrzeug vom niedersten
eingeschalteten Gegenfreilauf, also ebenfalls demjenigen des mittleren Gangs, aufgenommen,
so daß in beiden Antriebsrichtungen der Antrieb über den mittleren Gang erfolgt.
Beim Überschalten in einen anderen Gang wird zunächst die dem neuen Gang entferntere
Kupplungseinheit gelöst, wodurch zunächst nur infolge Übernahme des Antriebs durch
den bereits eingerückten Gegenfreilauf des neuen Gangs (beim Aufwärtsschalten) oder
Hauptfreilauf des neuen Gangs (beim Abwärtsschalten) ein Gangwechsel in einer Antriebsrichtung
stattfindet. Hierauf erst wird die nächstfolgende, dem neuen Gang zu liegende Kupplungseinheit
zugeschaltet, wodurch der Gangwechsel'auch in der anderen Antriebsrichtung eintritt.
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Grundsätzlich braucht der niederste Hauptfreilauf, also fl für die
beschriebene Schaltung, nicht abkuppelbar zu sein, sondern kann ständig in Antriebsbereitschaft
stehen. Gleiches gilt sinngemäß für den obersten Gegenfreilauf g4. Soll jedoch
der i. und 4. Gang in beiden Antriebsrichtungen eingeschaltet werden können, so
ist jeweils eine den Freilauf sperrende Kupplung entsprechend k, vorzusehen.
Die
Ausführungsforin nach Abb. 5 zeigt wiederum ein Vierganggetriebe mit der
Antriebs-,velle a, der Abtriebswelle b, der Vorgelegewelle r, der
konstanten übersetzung d, d' und den Zahnrädern i, i' für den i. Gang,
den Zahnrädern 2, 2' für den 2. Gang und den Zahnrädern 3, 3' für den
3. Gang.
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Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel nach i ist jedes der Zahnräder
1, 2 und 3 durch eine Wechselkupplung K" K2 und K, init der Antriebswelle
a kuppelbar, ferner ist eine Kupplung K4 Zur unmittelbaren Kupplung der Antriebswelle
a mit der Abtriebswelle b vorgesehen. E, ine solche Kupplung, z. B. die Kupplung
K- ist in Abb. 6 in vergrößertem Maßstab schematisch z3 - cia'br#aeste-ilt'.
- Die Z,
Kupplung, z. B. ist wiederuin als 1.,amellenkupplung ausgebildet,
deren äußeres Kupplungsstück E,
mit der Welle a fest verbunden ist. Das innere
Kupplungsstück J, ist mittels Gewinde I- -auf einer Muffe H gelagert,
welche auf der #\,'elle a drehbar, aber unverschiebbar angeordnet und mit dein Zahnrad
2 fest verbunden ist. Mit dem Zahnrad 2 bzw. der Muffe L sind ferner die Zylinder
F., und G., fest verbunden, in denen die Kolben K.,' und
K." gleiten Die Wirkungsweise dieser Kupplung ist folgende: Treibt die Welle
a bei treibendem Motor an, so sucht sich infolge der Restreibung in den Kupplungslamellen
K, das innere Kupplungsstück J
cl 2 je nach der Steigungsrichtung
des Gewindes L nach einer Seite, z. B. nach links, zu verschieben, bis es sich am
Anschlag f anlegt. Eine Antriebsübertragung kann in diesem Fall jedoch erst
dann stattfinden, wenn in den Zvlinder F" Druck gegeben ist, so daß der Kolben K,'
das Lamellenpaket K, der Kupplung zusainmendrückt und dadurch die Teile
J2 und E.,
miteinander kuppelt. Damit ist das Zahnrad 2 in Hauptantriebsrichtungg,
d. h. bei Vorwärtsgang und treibendem Motor, mit der Antriebswelle a gekuppelt.
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Dreht sich die Antriebsrichtung um, indem der Motor vom Abtrieb überholt
wird, so löst sich die Kupplung K, von dem durch einen Anschlag in' aufgehaltenen
Kolben K., wobei sich das Kupplungs stück 12 auf dem Schraubengewinde L in
entgegen-, -es- etzter Richtung verschraubt, bis es am Anschlag j" zum Anliegen
kommt. Die Antriebsübertragung in Gegenrichtung kann in diesem Fall jedoch erst
erfolgen, wenn der Zylinder G, unter Druck gesetzt und damit der Kolben K."
gegen das Lamellenpaket K., angepreßt wird. Ühernimmt in diesem Fall der Motor wieder
den Antrieb und verstellt sich das Lamellenpaket K2 wieder nach links, so kann der
Kolben K 2 dem Lamellenpaket nur bis zu einem Anschlag m" folgen, worauf sich die
Kupplun- K, vom Kolben K.," löst.
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Durch wechsehveise Unterdrucksetzung der Zy-
linder F2 und
G2 kann somit die Kupplung K2 wahlweise im Sinn eines Hauptfreilauf s oder
eines Gegenfreil-aufs wirken. Soll eine Kupplung in beiden Antriebsrichtungen bewirkt
werden, so werden beide Zylinder F2 und G, unter Druck gesetzt. Sind
beide Zylinder drucklos, läuft die Kupplung leer. In entsprechender Weise sind die
übri-en in Fig. 5 darel ZD gestellten Kupplungen schaltbar, indem die Kupplungszylinder
F, bis F als Hauptfreiläufe, die 4 Kupplungszylinder Gl bis
G als Gegenfreiläufe vert' - 4 wendet werden können.
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Eine besonders zweckmäßige Schaltungsweise ergibt sieh, wenn bei der
Ausführung nach Abb. 5
die linken Kupplungszvlinder, z. B. F", Uleichzeitig,
7. B. durch gemeinsame Zuführungskanale, zusaminen mit den rechten Kupp-lungszylindern,
z. B. (;"" der nächsthöheren Nachbarkupplung - unter Druck gesetzt werden,
so daß die eine Kupplung als Hauptfreilauf und die andere Kupplung äls-Ge,&e#itfreilauf
wirkt. Auf diese- Weise kaiiii- die für die Ausführung nach Abb. i beschriebene
Schaltweise durch entsprechend stufenweise Schaltun- 'der Kupplungen auch beim Ausführungsbeispiel
nach Abb. 5 erzielt werden. jedoch kann-auch eine andere geeignete Schaltweise
vorgesehen werden. -
Die Ausführung nach Abb. 5 hat gegenüber der Ausführung
nach Abb. i den Vorteil, daß die Lage der Gänge beliebig gewählt werden kann, da
eine t' Z,
bestimmte Reihenfolge in der Einschaltung der Freiläufe und Gegenfreiläufe
nicht eingehalten zu werden braucht. Es kann daher ein Teil: der Kupplungen beispielsweise
auf der Vorgelegewelle angeordnet sein bzw. kann die Reihenfolge der Gänge hinsichtlich
ihrer Anordnung im Gehäuse beliebig gewählt werden. Ferner können durch geeignete
Wahl der Gewindesteigung Anpreßdruck und Moment einander so zugeordnet werden, daß
kein schlagartiges Einkuppeln der Kupplung erfolgt.
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Statt der dargestellten Getriebeform als Vorgelegewelle kann auch
jeder andere Getriebeaufbau vorgesehen sein, z. B. mit vorn angeordneter Getriebekonstante
oder mit jeder beliebigen Gangzahl derart, daß die erfindungsgeMäße Schaltweise
für stoßfreies Schalten ohne Abstimmen der Kupplungen für treibenden Motor und schiebenden
Abtrieb erreicht wird. Des weiteren kann eine Freilaufwirkung statt mittels der
dargestellten Freilauf-oder Einwegkupplungsvorrichtungen auf beliebig andere geeignete
Weise, z. B. auch durch Klauen mit in einer Umfangsrichtung abgeschrägten Stirnflächen,
durch Bandkupplungen mit großem Umschlingungswinkel od. dgl., erreicht werden. Die
Betätigung der Kupplungen kann mechanisch, hydraulisch, pnenmatisch, elektrisch
oder in sonstiger Weise erfolgen. Statt der in Abb. 5 und 6 dar,-gestellten
Kupplungen können ferner z. B. auch solche Schaltkupplungen verwendet werden, bei
welchen der jeweilige Kupplungszylinder einer Kupplung mit der Antriebswelle unter
Anordnung eines gewissen begrenzten Spiels in Drehrichtung verbunden ist derart,
daß! je nach der relativen Lage von Kupplungszylinder und Antriebswelle ein
Ölschalter bzw. ein elektrischer Schalter betätigt wird, der die Kupplungen selbsttätig
als Haupt- oder Gegenfreilauf schaltet.
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In den Abb. 7 bis 21 sind drei Beispiele für die Anwendung
der Erfindung an Planetengetrieben schematisch dargestellt. Es ist hierbei jeweils
a die antreibende und b die abtreibende Welle. Die Hauptfreiläufe sind wieder
mit fl, f2, f3, die Gegenfreiläufe mit g2, g3, g. bezeichnet.
q" ql", -q, sind für
die Schaltung des Getriebes vorgesehene
Kupplungen, Pll P21 P3 für die Schaltung vorgesehene Bremsen, welche umlaufende
Teile des Getriebes mit einem relativ feststehenden Teil" z. B. dem Gehäuse, kuppeln
und hierbei die Funktion -von - Schaltkupplungen übernehmen.
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Im Fall des Ausführungsbeispiels nach Abb. 7
bis 9 ist
ein Doppelplanetengetriebe mit dem Planetenit, v vorgesehen. Die Planetenräder it
stehen mit einem Sonnenrad s im Eingriff, welches mit der Antriebswelle a über die
Kupplung q,. kuppelbar ist. Die Planetenräder v stehen einerseits mit dem Außenrad
t, welches mit dem Antrieb durch q2 bzw. über q. und f,3 mit s kuppelbar oder durch
die Bremse q,_ abbremsbar ist, und andererseits mit dem Sonnenrad w im Eingriff,
das entweder durch die Bremse p" in beiden Richtungen oder durch die Bremse
P2 über den Freilauf f2=94 in einerAntriebsrichtung abbrernsbar ist. Der Planetenträger
z ist mit der Abtriebswelle b fest verbunden.
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Die Schaltung des Getriebes ist folgende: i. Gang. q:" pl sind eingerückt,
so daß der Antrieb in beiden Antriebsrichtungen im gleichen Gang übertragen wird.
Der Antrieb erfolgt von a über q, auf s. Der Abtrieb b, der mit dem
Planetenträger verbunden ist ist bei festem pl ins Langsame untersetzt,
q" pl können durch Federkraft oder öfdruck eingerückt werden. Wenn
der Antrieb in Richtung x erfolgt, erhält auch p. öldruck. Da aber das Sonnenrad
w im i. Gang in Vorwärtsdrehung angetrieben wird, löst sich f2.
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Beim Wechsel der Antriebsrichtung, d. h. bei schiebendem Fahrzeug,
ändert sich an der Schaltung des.Getriebes und an der Gangübersetzung nichts.
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2. Gang. Die Schaltung in den z. Gang erfolgt durch Ausrücken von
q., und pl und durch Einschalten von q2, q. und p3. P2 bleibt eingerückt. P2 ist
für die Kraftübertragung im i. und 2. Gang nicht notwendig, sondern erst in der
Zwischenstufe vom 2: zum 3. Gang. q. wird nach q" p. eingeschaltet,
damit ist der Freilauf f.. in der Zwischenstufe vom 21. zum 3. Gang als Gegenfreilauf
q", in der Zwischenstufe vom 3. zum 4. Gang als Hauptfreilhuf f3 wirksam.
Durch q2 wird t mit der Antriebswelle a verbunden, während w durch p. festgebremst
wird. s läuft in beiden Antriebsrichtungen leer mit, da der mit t durch
q. verbundene AuDenring von f3 größere Drehzahl als s hat, Die Antriebsverhältnisse
sind die gleichen, wenn der Antrieb statt vom Motbr vom Wagen her erfolgt. Es findet
ebenfalls noch eine Übersetzung ins Langsame -statt.
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Zwischenstufe. Als i-. Schaltstufe beim Übergang in den
3. Gang wird p., ausgerückt, so daß w nur noch in Rückwäxtsdrehrichtung durch
P21 f2 am Drehen verhindert wird.
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Erfolgt der Antrieb durch den Motor, aI.so von t her, während der
Abtriebswiderstand bei z auftritt, so suchen sich s und w entgegengesetzt
zu t zu drehen. g. gibt diese Bewegung frei, während zu durch f2 gesperrt
wird, so daß bei treibendem Motor die Übersetzungsstufe des 2. Gangs erhalten bleibt.
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Erfolgt der Antrieb von der Abtriebsseite -her, also bei schiebendem
Fahrzeug, wobei also z antreibt und der Antriebswiderstand bei t auftritt,
so suchen s und w das Außenrad t zu überholen. Hierdurch sperrt sich
g., was zur Folge hat, daß s ebenfalls mit dem Antrieb a gekuppelt
wird, s und t also. zusammen mit dem gesamten Planetengetriebe als Einheit
umlaufen. Die Welllen a und b sind somit im direkten 3. Gang verbunden.
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3. Gang. Zur endgültigen Einschaltung des 3. Gangs wird
die Kupplung pl eingerückt und da,-durch bewirkt, daß nunmehr sowohl in Hauptantriebsrichtung
vom Motor her als auch in Gegenantriebsrichtung vom Fahrzeug her der 3.,
direkte Gang geschaltet ist.
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Zwischenstufe. Als i. Schaltstufe zum 4. Gang wird die Kupplung q2
ausgerückt. Eingerückt bleiben ql, q. und p2. Durch das Ausrücken von
q. wird t vom Antrieb getrennt, wobei jedoch q. eine Antriebsverbindung
von t mit a über f3 in einer Drehrichtung aufrechterhält.
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Treibt der Motor über s an, tritt also am Planetenträger z
der Abtriebswiderstand auf, so sucht sich t reUativ zu s entgegengesetzt zu drehen,
wodurch ein Verklemmen "im Freilauf f.3 auftritt. Der 3. Gang bleibt somit
bei treibendem Motor erhalten.
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Bei Antrieb in Gegenrichtung, also schiebendem Wagen, wobei der Widerstand
am Sonnenrad s auftritt, wird t in Vorwärtsrichtung gedrückt, so daß es das Sonnenrad
s überholt, während ni Rückwärtsdrehrichtung annehmen will. Während f3 den
Antrieh von t freigibt, sperrt sich der Freilauf f2, der somit in diesem
Fall als Gegenfreilauf 94 wirkt. w wird dadurch festgehalten, was der Einschaltung
des 4. Gangs bei schiebendem Fahrzeug entspricht.
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4. Gang. Zur Einschaltung des 4. Gangs in beiden Antriebsrichtungen
wird p. eingerückt, so daß insgesamt qj, q3, P2 und p" eingeschaltet
sind. Die Einschaltung von p. bewirkt, daß w in beiden Drehrichtungen festgebremst
wird, während s bzw. -
an- bzw. abtreibt und t leer mitläuft. Damit ist der
4. oder Schnellgang eingeschaltet.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. io bis 4 sind insgesamt drei
Freiläufe fl, f2 und f3 und drei Gegenfreiläufe 921 93 und
g4 vorgesehen, so daß das erfindungsgemäße Schaltverfahren für alle Gänge
verwirklicht werden kann. Freilauf f2 und Gegenfreiräuf g4 sowie f3
und g. sind hierbei wieder zu je
einem Freilauf vereinigt. Gegebenenfalls
kann auch auf fl verzichtet werden, indem die Freilaufwirkung der Bandbremse
p, zur Verwirklichung des Prinzips verwendet werden kann.
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Grundsätzlich ist die Wirkungsweise die gleiche wie im Fall des vorhergehenden
Ausführungsbeispiels.
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Im i. Gang sind q2, q3, pl und p, eingeschaltet. Infolgedessen treibt
t an, während s festgehalten wird. Es findet eine Übersetzung ins Langsame statt,
die auch bei schiebendem Wagen aufrechterhalten wird. w läuft hierbei in Rückwärtsdrehrichtung
l#e-er mit.
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Wird als i. Schaltstufe zum Überschalten in den 2. Gang p" ausgerückt,
so sperrt sich f, gegen das Gehäuse, wenn der Antrieb vom Motor her durch t erfolgt,
da sich s rückwärts zu drehen sucht. Der
i. Gang wird somit
aufrechterhalten. Bei Antriebsumkehr, also schiebendem Wagen, sucht sich dagegen
s und w infolge Widerstandes bei t vorwärts zu drehen, was zur Folge hat,
daß 7v durch g, blockiert wird. Der Antrieb erfolgt nunmehr im :2. Gang.
Zur endgültigen Einschaltung des 2. Gangs wird auch pl, eingerückt, wodurch
f2 und g. das Sonnenrad w in beiden Drehrichtungen festhalten.
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Zum Überschalten in den 3. Gang wird zunächst P3 ausgerückt
und hierauf q. eingerückt. Das Ausrücken von p. bewirkt, daß bei treibendem
Motor, also treibendem t, die Sonnenräder s, w sich nach rückwärts zu drehen
suchen, wodurch f2 sperrt und damit den 2. Gang aufrechterhäft. s wird hierbei
in Vorwärtsdrehrichtung von ft freigegeben. Bei schiebendem Fahrzeug werden dagegen
infolge des Widerstandes bei t beide Sonnenräder s und w nach vorwärts getrieben,
was f2 und fl zulassen. Dagegen tritt ein Verklemmen in g. auf, da
der mit s verbundene Innenring von 93 den mit dem Antrieb verbundenen
Außenring des Gegenfreilaufs -, den mit dem Antrieb verbundenen Außenrin- des Gegenf
reilauf s g" zu überholen sucht. 93 kuppelt somit bei schiebendem Wagen
s mit t, wodurch das ganze Getriebe als Einheit umläuft und somit einen direkten
Gang vermittelt.
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Zur endgültigen Einschaltung des 3. oder direkten Gangs wird
q, eingerückt, so daß q, die Funktion von g. in beiden Antriebsrichtungen
übernimmt. q2, q. und p., bleiben weiterhin eingerückt.
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Beim Überschalten in den 4. Gang wird zunächst q2 ausgeschaltet, so
daß t nur noch in einer Antriebsrichtung über f3=g3 mit dem Antrieb a,
über q, verbunden bleibt. q, und p. bleiben wie im 3. Gang
eingerückt. Bei treibendem Motor, also treibendem s, sucht sich t infolge des Widerstandes
bei z rückwärts zu drehen. Hierdurch tritt ein Verklemmen in f3 auf, wodurch der
3. Gang aufrechterhalten bleibt. Bei schiebendem Fahrzeug., also Antrieb
bei z und Widerstand bei s, sucht t sich in Vorwärtsrichtung, w in Rückwärtsrichtung
zu drehen. t wird dadurch f reigegeben, während w sich im Freilauf
f2,
der nunmehr als Gegenfreilauf 94 Wirkt, festklemmt.
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Zur endgültigen Einschaltung des 4. Gangs wird die Bremse
p. eingerückt, welche somit die Funktion von P2 in Gegenrichtung ergänzt
und w nach beiden Drehrichtungen festhält Der 4. oder Schnellgang ist somit eingerückt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. io wird somit bei jedem Umschalten
von einem auf den anderen Gang zunächst die eine Kupplung (bzw. Bremse) aus- und
hierauf erst die weitere Kupplung (bzw. Bremse) eingerückt, und zwar vom i. auf
den 2. Gang zunächst p, aus- und hierauf p. eingerückt, beim Übergang
VOM 2. auf den 3. Gang zunächst p" aus- und hierauf q, eingerückt, beim Übergang
vom 3. auf den 4. Gang zunächst q2 aus-und hierauf P3 eingerückt;
q" ist immer bei Vorwärtsdrehrichtung eingerückt. Bei den hierdurch erzeugten Zwischenstufen
wird der Antrieb bei treibendem Motor durch einen Hauptf reilauf im bisherigen Gang,
bei schiebendem Fahrzeug dagegen durch einen Gegenfreilauf im nächstfolgenden Gang
übertragen. In der Zwischenstufe zwischen i. und 2..Gang erfolgt somit die Antriebsübertragung
durch Sperren des Hauptfreilaufs fl (bei treibendem Motor) bzw. des Gegenfreilaufs
92 (bei schiebendem Fahrzeug), in der Zwischenstufe zwischen dem 2. und
3. durch Sperren der Freiläufe f2 bzw. g. und in der Zwischenstufe
zwischen dem 3. und 4. Gang durch Sperren der Freiläufe f3 bZW- 94-Im
Fall des Ausführungsbeispiels nach Abb. 15 bis iS sind wieder wirkungsmäßig entsprechende
Teil#c mit gleichem Bezugszeichen versehen. In Ab-
weichung nach dem Ausführungsbeispiel
nach Abb. io sind in diesem Fall zwei Planetengetriebe derart über Kreuz geschaltet,
daß das Sonnenrad s, des ersten Planetengetriebes mit dem Außenrad s. des zweiten
Planetengetriebes und ferner das Außenrad w, des ersten Planetengetriebes mit dem
Sonnenrad w2 des zweiten Planetengetriebes verbunden sind. u., vl sind die miteinander
verbundenen Doppelplanetenräder des ersten Planetengetriebes, u2 die Planetenräder
des zweiten Planetengetriebes, während die Planetenträger der beiden Planetengetriebe
mit --1 und z2 bezeichnet sind, von denen z,2 wieder mit dem Abtrieb verbunden
ist.
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Im i. Gang sind q" q,3, p, und p. eingeschaltet;
zi ist also festgebreinst. si und s2 treiben an, während sich w2 und wl rückwärts
drehen, was g2 zuläßt. Die Drehzahl von b ist dann kleiner als die
von a.
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Beim Überschalten in den 2. Gang wird znächst p,
ausgerückt.
In der Zwischenstufe übernimmt bei treibendem Motor fl die Abstützung gegen das
Gehäuse an Stelle der Bremse p" während bei schiebendem Wagen (Antrieb bei
z, Widerstand bei sl, s2) der Gegenfreilauf g., da sich W2
nach vorwärts bewegen will, zum Sperren kommt und dadurch den 2,. Gang einrückt.
Wenn wl stillsteht, läuft z, in Vorwärtsdrehrichtung um. was durch fl und g" zugelassen
wird.
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In der 2. Schaltstufe wird P2 eingerückt. Außerdem sind ql, q, und
P" eingeschaltet. g2 und f2 ergänzen sich hierbei zu einer festen
K-upplung, welche w. und wl abbremst. Es findet eine Übersetzung ins Langsame
von a nach b statt.
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Beim Überschalten in den 3. Gang wird zunächst p.. ausgerückt
(q11 q3 und p2 bleiben eingerückt). In der Zwischenstufe versuchen sich bei
treibendem Motor w. und w2 rückwärts zu drehen, was eine Sperrung im Freilauf
f2 zur Folge hat, so daß der 2. Gang aufrechterhalten bleibt. Bei schiebendem
Wagen suchen zu, und w2 und damit auch der Planetenträger z, die Zentralräder
s" s2 zu überholen, was zwar von fl zugelassen, vom Gegenfreillauf
g. jedoch verhindert wird. zi wird damit mit s, und s. ge-
kuppelt,
der 3. oder direkte Gang also eingeschaltet.
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Durch Einschalten von q2 (2. Schaltstufe) wird der Antrieb
in beiden Antriebsrichtungen im 3. oder direkten Gang übertragen, In diesem
Gang sind q" q2, q. und P2 eingeschaltet.
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Beim Überschalten in den 4. Gang wird zunächst q, ausgeschaltet. In
der hierdurch bewirkten Zwischenstufe sperrt sich bei treibendem Motor der Hauptfreilauf
f,3 (der bisher Gegenfreilauf g, war),
daz infolge des Antriebes
bei z. und des Widerstandes bei z. eine Antriebsteilung Über w" w. einerseits und
sl, s2 andererseits stattfindet derart, daß: sich s,
relativ zu a rückwärts
zu drehen sucht. Der 3. Gang wird somit bei treibendem Motor aufrechterhalten.
Bei schiebendem Fahrzeug suchen sich w2, wi nach rückwärts zu drehen, was durch
f2 = g4 verhindert wird. s. und s2 überholen infolgedessen
den mit a gekuppelten Planetenträger Zp was durch die Freiläufe f3 bzw.
g. zugelassen wird.
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Beim Einschalten der .2. Schaltstufe durch Zuschalten der Bremse
p. werden w, und w. in beiden Antriebsrichtungen durch die entgegengesetzt
wirkenden Freiläufe f,2, g2 festgehalten, so daß der 4. oder Schnellgang
in beiden Antriebsrichtungen wirksam wird.
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Das Abwärtsschalten geschieht in sinngemäß entsprechender, umgekehrter
Weise. Der Rückwärts-Z:, b
Clang ist zweckmäßighinterdem Getriebeangeordnet.
Wie in vorstehendem beschrieben, erfolgt auch im Fall des Ausführungsbeispiels nach
Aibb. 17 das Schalten aus einem Gang in einen nächstfolgenden Gang stets
derart, daß zunächst eine Kupplung bzw. Bremse ausgeschaltet wird, wodurch der bisherige
Gang in einer Antriebsrichtung, und zwar beim Aufwärtsschalten in Hauptantriebsrichtung,
beim Abwärtsschalten in Gegenrichtung, aufrechterhalten und der neue Gang nur in
der jeweils anderen Antriebsrichtung wirksam wird, und daß erst hierauf durch Zuschalten
einer weiteren Kupplung der neue Gang in beiden Antriebsrichtungen fest eingeschaltet
wird.