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Synchronschaltvorrichtung für Zahnradwechselgetriebe mit Klauenschaltung
Zahnradwechselgetriebe, insbesondere für Fahrzeuge, werden meist durch die Verschiebung
einer mit Klauen versehenen Muffe geschaltet. Der Schaltvorgang selbst bereitet
dabei insofern Schwierigkeiten, als ein Kuppeln der Klauenschaltmuffe mit den Klauen
des Zahnrades nur erfolgen darf, wenn die Schaltmuffe mit dem Zahnrad mit gleicher
Drehzahl, d. h. synchron umläuft. Erfolgt das Schalten bei nicht synchronem Lauf,
so treten infolge der Massenwirkungen der umlaufenden Räder Schläge auf die Klauen
auf, die ein starkes Geräusch verursachen und zur Beschädigung des Getriebes führen
können. Die Verhältnisse sind von dem ungeschickt geschalteten Automobilgetriebe
her allgemein bekannt, bei größeren Getrieben, beispielsweise für Schienenfahrzeuge,
ist dadurch die Verwendung der Klauenschaltung überhaupt in Frage gestellt.
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Zur Synchronisierung der Schaltmuffe mit dem zu kuppelnden Rad sind
eine Reihe von Hilfsvorrichtungen bekannt. Meist wird dazu eine kleine Reibungskupplung
verwendet, die vor dem eigentlichen Schalten des Klaueneingriffs die Drehzahlangleichung
von Muffe und Zahnrad bewirkt. Eine solche Synchronisier-Reibungskupplung kann aber
nur die Dauer des Synchronisiervorganges abkürzen, sie kann aber nicht verhüten,
d.aß beim sehr schnellen Schalten die Klauen bereits in Eingriff kommen, bevor Synchronismus
erreicht ist. Sie kann also den Schaltschlag nicht mit Sicherheit verhüten, wenn
sie auch eine Schalterleichterung bildet.
Es sind auch Maßnahmen
bekannt, die Schaltung überhaupt zu sperren, bis der Synchronlauf von Muffe und
Zahnrad sicher erreicht ist. Zu dem Zweck wird beispielsweise zwischen den zu kuppelnden
Teilen ein Reibscheibe mit einer Reibfläche angeordnet, die mit Öffnungen versehen
ist; durch welche vorspringende Teile des Kupplungsgliedes nur in einer bestimmten
Stellung durchtreten können, und zwar erst dann, wenn Drehzahlgleichheit zwischen
den zu kuppelnden Teilen besteht.
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Die neue Erfindung betrifft eine Synchronschaltvorrichtung, bei der
zwischen den zu kuppelnden Teilen des Zahnradwechselgetriebes eine federgesteuerte
Sperrvorrichtung angeordnet ist, die das Einkuppeln der Klauenkupplungsmuffe in
das Zahnrad so lange verhindert, bis sich die Relativdrehzahl beim Durchgang durch
den Synchronpunkt der zu kuppelnden Teile umkehrt. Die Sperrvorrichtung besteht
aus zwei, Sperrhülsen mit zwei Reibflächen, die mit Federdruck an die zu kuppelnden
Teile anpreßbar sind und dabei die Relativbewegung dieser Teile abtasten. Der Vorteil
der Anordnung gegenüber den bisher bekannten Ausführungen ist, daß sich keine Sperrteile
zwischen den zu kuppelnden Klauen befinden, daß die Sperrvorrichtung unabhängig
von den Zahnrädern und der Kupplungsmuffe und nicht mit ihnen verbunden ist und
daß sie gleichermaßen nach beiden Drehrichtungen wirkt. Sie zeichnet sich durch
besondere Einfachheit in Konstruktion und fertigungstechnischer Hinsicht aus. In
Fig. I ist ein Beispiel des Erfindungsgedankens dargestellt.
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Auf einer Keilwelle I, die beispielsweise vom Motor angetrieben wird,
ist eine Schaltmuffe :2 mit beiderseitigen Klauenkränzen axial verschiebbar angeordnet.
Die Verschiebung dieser Schaltmuffe kann in bekannter Weise durch eine Schaltgabel
erfolgen, die in die Nut der Schaltmuffe eingreift und entweder von Hand, .hydraulisch
oder pneumatisch betätigt wird. Die Klauender Schaltmuffe können je nach der Verschiebungsrichtung
mit den Klauen des Zahnrades 3 oder des Zahnrades 4 in Eingriff gebracht werden,
so daß dann jeweils die Schaltmuffe mit dem entsprechenden Rad formschlüssig verbunden
ist. Zur Verhinderung der Schaltung außerhalb der Drehzahlgleichheit von Schaltmuffe
und dem entsprechenden Zahnrad sind zwischen Muffe und Zahnrad Sperrvorrichtungen
angeordnet. : Eine solche Sperrvorrichtung besteht aus der inneren Sperrhülse 5,
der äußeren Sperrhülse 6 und einer Druckfeder 7. Die beiden Sperrhülsen 5 und 6
sind gegeneinander leicht verdrehbar, und verschiebbar und tragen an ihren. Stirnseiten
Reibflächen; die mit entsprechenden Reibflächen an der Schaltmuffe bzw. am Zahnrad
zusammenarbeiten. Die mit Vorspannung eingesetzte Druckfeder 7 versucht die beiden
Sperrhülsen axial auseinanderbis die beiden Anschlagbunde 9 und Io zum Anliegen
kommen. Die Druckfeder 7 ist in Umfangsrichtung leicht verdrehbar. Sie kann entweder
auf den Sperrhülsanbunden frei aufliegen oder mit ihnen fest verbunden sein. Die
beiden Sperrhülsen 5 und 6 sind nun in besonderer Weise ausgefräst, und zwar so,
wie es in Fig. 2 in einem Stück der Abwicklung des Umfanges dargestellt .ist. Die
Sperrhülse 5 trägt eine. oder besser mehrere auf den Umfang gleichmäßig verteilte
Lücken II, die Sperrhülse 6 die entsprechende Anzahl Nasen 12. In eingeschaltetem
Zustand der Klauenkupplung greifen die Nasen 12 in die Lücken ii voll ein.
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Ein Schaltvorgang spielt sich nun folgendermaßen ab: Befindet sich
:die Schaltmuffe in der Mittellage, so findet keine Reibüng zwischen den Sperrvorrichtungen
und der Schaltmuffe statt, da die Länge der Sperrvorrichtung .in ganz auseinandergezogenem
Zustand kleiner ist als der Abstand der Reibflächen zwischen Schaltmuffe und Zahnrad.
Wird der Schalthebel betätigt und soll beispielsweise das linke Zahnrad 3 eingekuppelt
werden, so wird die Schaltmuffe 2 nach links zum Zahnrad 3 hin bewegt. Nach 'kurzem
Weg legen sich zuerst die Reibflächen der Sperrhülsen 5 und 6 gegen die entsprechenden
Reibflächen der Schaltmuffe 2 und des Zahnrades 3. Besteht noch eine Relativdrehung
zwischen diesen beiden Teilen, so wird durch die Reibwirkung sofort die Sperrhülse
6 gegen die Sperrhülse 5 etwas verdreht, bis die Nase 12 seitlich gegen die Lücke
der Sperrhülse 5 schlägt. In Fig. 2 ist dieser Zustand gezeichnet. In dieser Stellung
ist aber ein weiteres Einrücken der Schaltmuffe unmöglich gemacht, da die Form der
Sperrhülse das verhütet. Die Schaltklauen können also noch nicht zum Eingriff kommen.
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Beim Durchgang durch die Synchrondrehzahl wechselt die Relativdrehung
zwischen Schaltmuffe 2 und Zahnrad 3 die Richtung. Über die Reibflächen werden deshalb
auch die beiden Sperrhülsen 5 und 6 in umgekehrter Richtung verdreht. In Fig. 2
wird beispielsweise die Sperrhülse 5 nach oben und die Sperrhülse 6 nach unten :gedreht.
Dabei gleitet die Nase 12 mit ihrer Abschrägung 8 an der entsprechend abgeschrägten
Gegenfläche der Lücke II entlang und gleitet voll in die Lücke II ein. Dadurch wird
die Schaltung der Schaltklauen freigegeben, die jetzt bei synchroner Drehzahl ohne
jeden Schlag und ohne Geräuschgeschaltet werden. Wenn zufällig nach der Schaltfreigabe
durch die Sperrvorrichtung zwei Schaltklauen unmittelbar einander gegenüberstehen,
so erfolgt die Schaltung aber spätestens, nachdem sich die beiden Teile um eine
Klauenteilung gegeneinander verdreht haben.
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Die Abschrägungsflächen 8 werden zweckmäßigerweise ungefähr unter
dem Reibungswinkel @ oder etwas mehr gegen die Umfangsrichtung geneigt, um das Hingleiten
der beiden Sperrhülsen ineinander unier dem Schaltdruck zu erleichtern. In eingeschaltetem
Zustand findet keine Reibung zwischen den Sperrhülsen und den Gegenflächen an Schaltmuffe
und Zahnrad mehr statt, da keine Relativbewegung zwischen diesen Teilen mehr vorhanden
ist.
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Um sicherzustellen, daß der Schaltvorgang bei jeder Relativbewegungsumkehr,
gleichgültig nach welcher Richtung, erfolgt, sind die Lücke i i und
der
Zahn 12 symmetrisch ausgebildet. Die Schaltfreigabe erfolgt also immer im Synchronpunkt,
gleichgültig welches Teil vor dem Schalten langsamer oder schneller ist und in welcher
Richtung die Überholung stattfindet.
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In der gezeichneten und beschriebenen Vorrichtung werden die Reibflächen
der Sperrhülsen im wesentlichen nur für die Steuerung des Sperrvorganges benutzt.
Durch Vergrößerung der Reibflächen und eine verstärkte Andrückung durch die Druckfeder
7 können diese Reibflächen. natürlich auch zur Synchronisierung der beiden Teile
mit herangezogen werden. Eine Verstärkung der Reib-und Synchronisierwirkung kann
in bekannter Weise auch dadurch erfolgen, daß die Reibflächen konisch nach Art einer
Konuskupplung oder mehrfach nach Art einer Lamellenkupplung ausgebildet werden.
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In der gezeichneten Form ist die Sperrvorrichtung innerhalb der Klauenschaltringe
untergebracht, womit sich eine besonders raumsparende Bauweise ergibt. Selbstverständlich
kann sie in gleicher Weise auch außerhalb der Klauenschaltringe angebracht werden.