-
Planeten-Zahnrad-Wechselgetriebe, insbesondere zur Schaltung hinter
eine Strömungskupplung bzw. ein Flüssigkeitsgetriebe der Föttinger-Bauart Die Erfindung
bezieht sich auf Planeten-Zahnrad-Wechselgetriebe, wie solche beispielsweise in
Motorfahrzeugen Anwendung finden können und die sich insbesondere zum Gebrauch hinter
Strömungskupplungen bz-,v. hinter Flüssigkeitsgetrieben der Föttinger-Bauart eignen.
-
Die Ver«endung von Planetenrad-,vechselgetrieben, deren Triebwelle
unmittelbar mit dem getriebenen Teil einer Föttinger-Kupplung verbunden ist, wobei
das treibende Element der Föttinger-Kupplung unmittelbar mit der Welle der Antriebsmaschine
gekuppelt ist, ist bereits bekannt. Bei solchen bekannten Anordnungen werden die
verschiedenen Gänge des Planetenradgetriebes durch eine oder mehrere Reibungskupplungen
und Reihungsbremsen gewählt. Solche Reibungskupplungen und Reibungsbremsen sind
in Verbindung mit Planetenradgetrieben insofern von Nachteil, als sie relativ sperrig
und schwer sind und eine regelmäßige Nachstellung oder komplizierte automatische
Einrichtungen zur Kompensation der Ab -nutzung der Reibungsflächen sowie eine starke
Betätigungskraft erfordern. Sie sind jedoch insofern von Vorteil, als sie insbesondere
bei Fährzeugen, bei welchen die Maschine und das Getriebe über eine Föttinger-Kupplung
miteinander verbunden
sind; besonders für den Fall, daß das Fahrzeug
mit leer laufender Maschine stillsteht, ein bequemes Mittel zum Einrücken und Ausrücken
der getriebenen Welle beim Wechsel von und zum Leerlauf darstellen.
-
Synchronisierende nicht gleitfähige Kupplungen und Gesperre, d. h.
Freilaufanordn@ungen, Zahnkupplungen, und Gesperre, die so: konstruiert sind, daß
sie nur dann, eingerückt werden können, wenn ihre getriebenen und treibenden Teile
sich im wesentlichen in Synchronismus befinden, haben im Vergleich zu Reibungskupplungen
und Reibungsbremsen den Vorteil, daß sie relativ leicht und in sich geschlossen
ausgeführt sein können, daß sie keiner regelmäßigen Nachstellung zum Zweck der Kompensation
der Abnutzung bedürfen, daß sie nur geringe Betätigungskräfte erfordern und somit
rasch eiirr- und ausgerückt werden können und daß sie, falls erforderlich, selbsteinrückend
ausgebildet sein können. Wenn sie jedoch als Gangwählgeräte in Planetenradgetrieben
benutzt werden sollen, dann zeigt sich der Nachteil, daßdieselben für sich allein
nicht zum Wechsel aus oder zum Leerlauf benutzt werden können,. Dies ist auch dann-
der Fall, wenn eine Föttinger-Kupplung zwischen dem Motor und dem Planeten@radgetriebe
angeordnet ist, da, wenn der Motor im Leerlauf läuft, die Föttinger-Kupplung immer
noch ein Drehmoment überträgt, welches so groß ist, daß es praktisch unmöglich ist,
die nicht gleitfähigen Synchronisierkupplungen und -ggesperre ineinander ein- oder
voneinander auszurücken. Es ist infolgedessen erforderlich, entweder auf dem getriebenen
Teil der hydraulischen, Kupplung eine kräftige Rückdrehbremse vorzusehen oder zwischen
die Föttinger-Kupplung und das Gangwechselgetriebe eine Hauptreibungskupplung zu
setzen, welche in der Lage ist, das volle Motordrehmoment zu: übertragen. Diese
beiden Anordnungen erhöhen die Baulänge und die Kompliziertheit des gesamten Kraftübertragungssystems;
:die letztere Anordung ist außerdem insofern, theoretisch nicht ganz einwandfrei,
als sie die Verwendung von zwei gleitfähigen Kupplungen in sich birgt, deren Funktionen
einandrer im weiten Maß überdecken.
-
Der Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung eines -Planetenrad#getriebes,
in welchem nicht gleitfähige Synchronisierkupplungen und Gesperreglieder mit den
ihnen anhaftenden Vorteilen zum Gangwechsel bei umlaufender treibender Welle des
Getriebes verwendet werden; und. bei welchem die Schwierigkeit des Wechsels in und
aus dem Leerlauf bei ruhender getriebener Welle in verbesserter Weise überwunden
ist.
-
Dieses- Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß. in Serie
mit der nicht gleitfähigen Gang-Wahlkupplung bzw. dem Reaktionsgesperre, mittels
welchem der kleinste Gang eingerückt wird, eine gleitfähige Reibungsbremse oder
eine gleitfähige Reibungskupplung geschaltet wird, welche so angeordnet ist, daß
sie nur einen Teil des in: die treibende Welle des Planetenrädgetriebes eingeleiteten
Drehmoments zu übertragen braucht. Da -dieses Reibungsglied nach seiner Einrückung
nur einen Teil des vollen Motordrehmoments zu übertragen braucht, kann dasselbe
in sieh geschlossen und leicht ausgeführt werden; so däß. es die Abmessungen und
die Kompliziertheit der Gesamtanordnung nur wenig vergrößert.
-
Bei der verbesserten Anordnung muß dafür Sorge getragen werden, daß
diegetriebene Welle des Getriebes während der Einrückung eines schnelleren Ganges
nicht zur Ruhe kommt. Wenn dies eintreten sollte, dann wäre es schwierig oder sogar
unmöglich, den Gangwechsel auf Leerlauf oder auf den langsamsten Gang vorzunehmen.
Infolgedessen wird entsprechend einem weiteren Erfindungsmerkmal die nicht gleitfähige
Synchronisierklinkenkupplung bzw. das Reaktiänsgesperre, mittels dessen der schnellere
Gang eingerückt wird, sobald die Drehzahl fällt, automatisch in Richtung des Ausrückzustandes
gedrängt, so daß sichergestellt ist, daß der kleinste Gang eingerückt wird, bevor
die getriebene Welle :des Getriebes zur Ruhe kommt.
-
Das verbesserte Planetenradgetriebe kann in Serie mit einem weiteren
Wechselgetriebe bekannter Bauart :geschaltet sein, bei welchem Klinkenkupplungen
zum Einrücken der verschiedenen Gänge vorgesehen sind.
-
Die Erfindung wird unter Bezug auf die schematischen Zeichnungen beispielsweise
näher beschrieben. Es stellt dar Fig. i eine Seitenansicht mit teilweisem Längsschnitt
eines Kraftübertragungsgetriebes für ein Kraftfahrzeug, Fig. a! einen Querschnitt
in kleinerem Maßstab nach der Linie 2-g- der Fig. i, Fig. 3 eine Seitenansicht mit
teilweisem Schnitt einer anderen: Ausführungsform eines Kraftübertragungsgetriebes
für ein Kraftfahrzeug, Fig. q. und 5 Querschnitte in vergrößertem Maßstab nach den
Linien! 4-4 und 5-5 der Fig. 3, Fig:6 einen Längsschnitt einer abgeänderten Ausführungsform
bei dem System der Fig. 3, Fig. 7 und 8 Querschnitte nach den Linien 7-7
und
8-8 der Fig. 6.
-
Gemäß Fig. i und o ist die (nicht dargestellte) Kraftmaschine, :die
in der :durch den Pfeil dargestellten Richtung umlaufen, mag; entweder unmittelbar
oder über eine hydraulische Kupplung io, z. B. der Föttin:ger-Bauart, mit der Eingangswelle
i i eines Planetengetriebes gekuppelt. Dieses Getriebe weist zwei Gänge auf, die
selbst synchron schalten und :einen direkten Antrieb sowie eine indirekte "Übertragung
im kleinen Gang gewähren,. Dies Getriebe ähnelt einem bereits bekannten Getriebe
mit der Ausnahme jedoch; daß es keinen Rückwärtsgang erhält und daß die Kraft aufnehmenden
und Kraft abgebenden Enden versetzt sind. So treibt die primäre Welle i i einen
Zahnring 12 mit Innenverzahnung, .der mit den: Planetenrädern 13 im Eingriff stehtl-
die auf. dem Planetenstern 14: gelagert sind, der seinerseits mit der sekundären,
Kraft abgebenden Welle 15 fest verbunden ist. Diese Planetenräder stehen im Eingriff
mit dem Sonnenrad 16, das einen Teil der Hohlwelle 17 bildet, die über
der
Sekundärwelle 15 drehbar gelagert ist und auf ihrer Außenseite ein linksgängiges
Schneckengewinde 18 besitzt. Die Mutter z9 steht mit diesem Gewinde im Eingriff,
und sie weist Zähne 20 auf, die bei einer Schraubbewegung der Mutter in der einen
und anderen Richtung über der Hülse 17 unter dem Einfluß von in zueinander entgegengesetzter
Richtung sperrenden Klinken 22 bzw. 21 wahlweise mit dem Zahnkranz 23, der mit der
Welle 15 fest verbunden ist, oder mit der ebenfalls mit Zähnen versehenen
und bremsbaren Trommel 24 in Eingriff kommen, die an sich drehbar ist. Das Bremsband
25 kann durch ein, Steuerglied, z. B. das Pedal 26, an die Trommel angezogen oder
von ihr gelöst werden. Das Bremsband ist normalerweise gegen die Trommel durch die
Spannfeder 27 angezogen, die auf den Arm 28 der Pedalwelle 29 wirkt und so die Bremse
über den Arm 30 betätigt.
-
Die Mutter z9 besitzt die Sperrhülse 31, welche als Vorwähler steuerbar
ist in der Weise, daß sie zu den Stellungen der beiden Gänge hin verschoben und
dort festgehalten wird, indem sie mit nach innen gerichteten Federn versehen ist,
die wahlweise mit entsprechenden Vorsprüngen 32 der Sonnenradhülse 17 in
Eingriff gelangen. Die Sperrhülse 31 wird durch den Schaltfinger 33 betätigt,
der nach der Stellung des kleineren Ganges hin durch die Wirkung der Feder 34 verschoben
wird und der andererseits in die Stellung des größeren Ganges mittels eines Schalthebels
verschiebbar ist, der mit ihm durch das biegsame Kabel 35 nach Art des Bowdenzuges
verbunden ist.
-
Die Kraft abgebende Welle 15 des. Planetengetriebes ist uridrehbar
verbunden mit dem Kraft aufnehmenden Ritzel 36 des normalen Getriebes 37 z. B. mit
zwei Wellen, das drei Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang besitzt, und mit Synchronkupplungen
wenigstens für die beiden höheren Geschwindigkeitsgänge. Diese Synchronkupplungen,
die in Fig. z gezeigt sind, sind nach dem üblichen Trägheitssperrprinzip ausgebildet
und besitzen die gemeinsame angetriebene Kupplungshülse 38, die auf der angetriebenen
Welle 391 gleitbar, aber uridrehbar gelagert ist. Die Schaltung dieses Getriebes
kann durch den üblichen Schalthebel 40 mit einer H-förmigen sogenannten verdeckten
Kulissenöffnung bewirkt werden. Dieser Hebel kann ferner in eine Abzweigung der
Kulissenöffnung neben den dritten Gang gebracht werden (und gegebenenfalls auch
in eine Abzweigung neben dem zweiten Gang). Dabei kann der Hebel so über nicht dargestellte
Mittel mit dem Vorwählkabel 35 des Planetengetriebes verbunden sein, daß das Planetengetriebe,
solange sich der Schalthebel 40 in dem H-förmigen Teil der Kulissenöffnung befindet,
gesperrt ist in der Stellung für den kleinen Gang des Planetengetriebes oder mindestens
vorgewählt ist für diese Stellung. Eine Bewegung des Schalthebels 4o dagegen bis
zum, Ende der seitlichen Abzw,eigung (bzw. der Abzweigungen) bewirkt ein Vorwählen
des großen Ganges des Planeten: getriebes. Beim Umschalten wird, während die Maschine
läuft und das Mehrganggetriebe 37 sieh im Leerlauf befindet, das Pedal 26 niedergetreten,
und auf diese Weise kann:, da das Planetengetriebe für den kleinen Gang gesperrt
ist, die Zähne 2o also im Eingriff mit der Bremstromme124 stehen, die Bremstrommel
2"4 sich leer rückwärts drehen, wenn die Welle 15 im Mehrganggetriebe 37 auf Grund
des Eingriffs eines Ganges in diesem Getriebe, z. B. des ersten Ganges, festgehalten
ist. Wenn das Pedal zurückgelassen wird, wird die Bremstrommel allmählich durch
das Bremsband verlangsamt, und das Fahrzeug setzt sich sanft in Bewegung. Die Aufwärtsschaltungen
zum zweiten und dritten Gang des Getriebes 37 gehen in normaler Weise vor sich,
indem jedesmal das Pedal 26 niedergetreten wird, um die Synchronkupplungen
die Drehzahlenübereinstimmung der Welle 15 mit dem Getriebe 37 gewähren zu lassen.
Zur Aufwärtsschaltung vom dritten zum vierten Gang wird der Schalthebel 40' in die
seitliche Abzweigung geschoben, um das Kabel 35 zu betätigen und hierdurch den .direkten
Gang des Pedalgetriebes vorzuwählen. Die Maschine wird dann einen Augenblick lang
genügend verzögert, um die Mutter r9 von der Bremstrommel 2@q. zu lösen und sie
dafür in Eingriff und Sperrung mit dem Zahnkranz 23 zu bringen.
-
Beim Abwärtsschalten vom vierten zum dritten Gang wird der Hebel in
die Stellung des dritten Ganges zurückgeholt, womit der indirekte Gang des Planetengetriebes
sich vorwählt; die Maschine wird dann. nur so weit verzögert, als notwendig ist,
um die Sperrhülse 31 zu entlasten und sie aus dem direkten Gang herauszulösen;
unmittelbar danach wird die Maschine beschleunigt, um den indirekten Gang des Planetengetriebes
zum Eingriff zu bringen, der alsdann gesperrt ist. Die Übergänge zu den weiteren
kleineren Gängen erfolgen; während das Pedal 26 niedergetreten wird.
-
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 bis 5 ist ein Planeten-Untersetzungsgetriebe
zwischen dem Mehrganggetriebe und dem eigentlichen Achsantrieb angeordnet. Die Maschine
41 ist erforderlichenfalls über eine hydraulische Kupplung 1o mit dem Mehrganggetriebe
37A verbunden, das mit Synchronisierungseinrichtungen in den beiden obersten oder
auch in allen Gängen versehen sein kann. Die Kraft abgebende Welle 39A des Getriebes
37A steht in starrer Verbindung mit der Trommel 43, die mit einem innren verzahnten
Ring versehen ist. Die Planetenräder 44 sind auf den Planetenstern 45 aufgesetzt,
der mit der angetriebenen Welle 46 in starrer Verbindung steht, und das Sonnenrad
47 bildet ein. Stück der Hülse 48, die über die Freilaufkupplung 49 (Fig. 5) mit
der Haltebremstrommel 5o in Verbindung steht, die durch das normalerweise angezogene
Band 5 i beeinflußt wird, das über das Pedal26 durch ein sc'hematisc'h mittels des
Striches 52 angedeutetes Gestänge betätigt wird.
-
Die Freilaufkupplung 49, die z. B. in der dargestellten Weise als
Klemmrollenkupplung ausgebildet sein kann, ist so angeordnet, daß sie einer
Rückwärtsdrehung
der Sonnenradhülse 4.8 Widerstand leistet, wenn die Trommel 5o vom Band
5 1 gehalten wird, so daß der indirekte niedrige Gang unter der Einwirkung
der Bremse sich einschaltet.
-
Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Schaltung zum direkten
großen, Gang mittels einer Freilaüfvorrichtung, die normalerweise im beiden Richtungen
frei ist, die aber als Freilaufrad in Wirksamkeit tritt, wenn eine bestimmte Geschwindigkeit
erreicht ist, -und die nach der Wirksamkeit als Freilaufrad, sich in beiden Richtungen
sperrt, bis die Geschwindigkeit wieder abfällt. Die angetriebene Trommel43 ist mit
zwei in radialer Richtung bewegbaren Bolztn 53 versehen, die, wie in Fig. 4 dargestellt,
normalerweise durch Federn 54 zurückgehalten werden; die aber nach Erreichen einer
bestimmten Umlaufzahl der Trommel 43 als Fliehgewicht nach außen streben und radial
durch Schlitze 55 der Trommel 43 hindurchgelangen. Der Planetenstern' 45 weist ebenfalls
die Trommel 36 auf, die die Ringtromme143: umgibt und derart mit Schlitzen 57 verseh
ien@ ist, daß die, Fliehgewichtsbolzen in sie einfall@en können. Die Enden 58 dieser
Bolzen sind derart abgerundet, daß die vorlaufen, den Kanten (bezogen auf die durch
den Pfeil in Fig. 3 und 4 dargestellte Drehrichtung der Maschine) -eine geringere
radiale Entfernung von. der Drehachse besitzen als. die nachlaufenden Kanten.
-
Während des. Umlaufs mit kleiner oder mittlerer Geschwindigkeit werden
die Fliehgewichtsbolzen 53 zurückgehalten, und das Planetengetriebe arbeitet mit
kleinem Gang. In diesem Fall kann ein Gangwechsel im synchronisierten Getriebe leicht
durchgeführt werden, solange das Pedal 26A während des Umschaltvorganges
niedergetreten wird, so daß das Bremsband 51 sich löst und demgemäß die starre Kraftübertragung
des Planetengetriebes unterbrochen ist.
-
Wenn im Getriebe 37A der größte Gang eingeschaltet ist und die Geschwindigkeit
des Fahrzeuges auf einen bestimmten Wert ansteigt, dann werden die Fliehgew ichtsbolzeni
53 gegen die Federn 54 nach außen ges'c'hleudert und gelängen an die Trommel 56.
Die Abrundung der Enden 58 wirkt wie eine Freilaufkupplung zwischen den beiden Trommeln.
Solange. also die Ringtrommel 43 schneller dreht als die Planetensterntrommel56,
gleiten die Bolzen 53 freiläüfartig über die Löcher 57 der Trommel 56 hinweg. Wenn
jetzt jedoch die Maschine 41 einen Augenblick verzögert wird, bis die Trommel 43
'hinter der Trommel 56 nacheilt (wodurch in der Zwischenzeit die Freilaufkupplung
49 außer Eingriff gelangt), so können die Bolzen 53, sobald Synchronismus zwischen
den Geschwindibakeiten der beiden Trommeln besteht, in die Öffnungen 57 eintreten
und damit das Planetenbetriebe zum direkten Gang bringen. Der direkte: Gang wird
so lange aufrechterhalten, bis die Geschwindigkeit weit genüg abgenommen hat, so
daß die Federn 54 die zentrifugalen Kräfte überwinden und die Bolzen 5,3 wieder
einwärts ziehen. Der indirekte Gang des Planetengetriebes kann wiederhergestellt
werden, indem die Masc'bine einen Augenblick verzögert wird, so daß die Bolzen 53
vom Drehmoment nicht belastet werden und die Federn sie auch zurückziehen können.
-
Fig. 6, 7 und 8 zeigen ein, Planeten-Übersetzungsgetriebe. mit einer
Übersetzung ins Schnelle, das an Stelle des Planetengetriebes in, System der Fig.
3 Anwendung finden: kann. Da bei der Anordnung der Fig. 6 der kleine Gang ein direkter
Gang ist, so ist als Reibungsglied eine Kupplung angewandt an Stelle der Bremse
der Fig. 3, bei der der kleinere Gang indirekt wirkt. Nach Fig. 6 ist die Kraft
abgebende Welle 91 des synchronisierten Mehrgang-' getriebes 378 mit dem
Planetenstern 92 starr verbanden, und der innen gezahnte Ring 93 ist innerhalb einer
Trommel 94 angebracht, die mit der Kraftantriebswelle 95 starr verbunden ist. Das
Sonnenrad 96 bildet einen Teil: einer Hülse 97, die drehbar auf einem rohrförmigen
Ansatz 98 des Gehäuses des Mehrganggetriebes 378 gelagert ist. Das Sonnenrad
96 und der Außenring 94 können miteinander durch eine elektromagnetisch betätigte
Reibungskupplung in Verbindung gebracht werden, die folgendermaßen angeordnet ist:
Die Trommel 94 besitzt den. ringförmigen Elektromagneten 99. der mit dem Gegenring
ioo zusammenwirkt, welcher seinerseits auf die Scheibe zoaufgesetzt ist, die um
die Hülse 97 drehbar und mit ihr durch eine Freilaufküpplung zog (Fig. 8) übertragen
in, Ver-Bindung zu bringen ist. Letztere Freilaufkupplung ist so angeordnet, daß
sie ein Überholen der Hülse 97 durch die Scheibe 1o1 in der Vorwärtsrichtung
bestattet.
-
Die Sonnenradhülse 97 steht weiter mit der Scheibe 1o3 in starrer
Verbindung (Fig. 7), die radial einspringende Nuten 104 auf ihrem Umfang aufweist.
Ein Sperrbolzen 1o5 ist gleitbar in dem Lagerglied 1o6 am Getriebegehäuse gelagert
und wird normalerweise in der dargestellten freigebenden Stellung durch die Feder
107 gehalten. Das Solenoid zog drückt, wenn es unter Strom gesetzt wird, den Bolzen
105 abwärts und bringt ihn in Eingriff mit dem Umfang der Seheibe io3. Das untere
Ende des Bolzens 1o5 ist, wie bei 107 in Fig. 9 ersichtlich, abgeschrägt,
uncl zwar in dem Sinn, daß der Bolzen einen Freilaufeingriff mit der Scheibe
103 ergibt, solange diese vorwärts dreht.
-
Die Batterie, 11o, denen einer Pol auf Masse geschaltet ist, ist durch
den die Kupplung betätigenden Schalter 111 mit der Bürste 112 verbunden, die ihrerseits
über den isolierten Schleifring 113 zu einem Ende der Erregerwindungen des Magneten
99 führt, deren anderes Ende auf Masse geschaltet ist. Der Spannung führende Pol
der Batterie ist ferner über das Solenoid.1o8 mit einer Bürste 114 verbunden, die
über den isolierten Schleifring i 15 und. den normalerweise offenen Quecksilberschalter
116 zur Masse zurückführt. Dieser Schalter ist mit der Masse 118 verseben, welche
ihrerseits auf dem nachgiebigen Federblatt 117 aufgebracht ist, das an dem mit der
mittleren Welle 95 sich drehenden Trommelteil angebracht ist.
-
Wenn die Kraftübertragung unterbrochen werden soll, z. B. um einen
Gang im Mehrganggetriebe
vor dem -Start der Maschine einzuschalten,
dann ist der Schalter i i i geöffnet. Wenn das Getriebe eingeschaltet ist, dann
dreht die Welle 9i und veranlaßt 'hierdurch das Sonnenrad 96, sich leer rückwärts
mit der Scheibe und dem Gegenstück ioo zu drehen. Der Schalter i i i wird geschlossen,
so daß der Magnet 99 unter Strom kommt und, das Sonnenrad mit dem Außenring gekuppelt
wird, wodurch sich ein direkter Gang ergibt. Gangwechsel bei kleinen und mittleren
Gängen können leicht im Mehrganggetriebe 37B erfolgen, indem die Maschinendrehzahl
verringert wird, so daß der Freilauf 102 überholend wirkt, oder indem der Schalter
i i i während des Gangwechsels offen gehalten wird.
-
Wenn die Geschwindigkeit der angetriebenen Zi'elle genügend angestiegen
ist, um den Quecksilberschalter 116 zu schließen, dann wird das Solenoid io8 unter
Strom gesetzt, und der Bolzen 105 gelangt in Freilaufstellung zur Scheibe
1o3. Die Maschinendrehzahl wird nur kurzzeitig verringert, so daß das Sornnenra.d
sieh verlangsamt und schließlich rückwärts zu drehen, beginnt. Sobald aber die Scheibe
103 zur Ruhe gekommen ist, kommt der Bolzen io5 in Eingriff mit der Nut iod und
bewirkt so den Schnellgang des Getriebes, dei so lange eingeschaltet bleibt, bis
die Geschwindigkeit wieder auf jenen Wert gesunken ist, bei dem der Ouecksilberschalter
öffnet.