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Schaltwerkgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge Im Fahrzeug- und
Arbeitsmaschinenbau werden hydraulisch wirkende stufenlose Getriebe bereits angewendet.
Der Wirkungsgrad dieser Getriebe ist jedoch niedriger als bei Zahnradstufengetrieben.
Es wurden ferner Versuche mit stufenlosen Schaltwerk- und Reibiradgetrieben, die
auf rein mechanischer Grundlage arbeiten, gemacht. Obwohl der Wirkungsgrad bei diesen
Getriebearten besser ist als bei hydraulisch arbeitenden, führten diese Versuche
nicht zu dem gewünschten Ergebnis, da die Schaltorgane bzw. Reibräder dieser Getriebe
einer zu großen Abnutzung unterliegen oder bei hohen Drehzahlen unerwünschte Schwingungen
der oszillierenden Teile auftreten. Aufgabe der Erfindung ist die Beseitigung dieser
Nachteile. Es wird folgender Fortschritt erzielt: Auf die durch einen Schaltkranz
gesteuerten Kupplungsteile wirken Fliehkräfte, die mit zunehmenden Drehzahlen wachsen
und dadurch ein sicheres Greifen bewirken. Der Schaltweg dieser Kupplungsteile kann
kleiner gehalten werden als z. B. der Ventilhub eines Explosionsmotors, wodurch
eine geräuscharme Arbeitsweise gewährleistet erscheint. Die Schaltorgane kuppeln
nicht nacheinander, sondern greifen beim Schalten ineinander über, so daß der Kraftfluß
durch das Schalten nicht unterbrochen wird und dadurch keine übermäßige Abnutzung
der Schaltorgane auftreten kann.
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Die oszillierenden Teile haben im unteren Drehzahlenbereich einen
größeren Hub als im oberen. Bei dem Übersetzungsverhältnis I : I ist kein. Hub vorhanden.
Die Teile sind so ,angeordnet, daß, durch
die Hübe keine unausgeglichenen
Schwingungen auftreten, weil sie zwischen zwei fest verbundenen und immer parallel
liegenden Taumelscheiben gleiten und daher genau abgestimmte gegenläufige Hubbewegungen
machen müssen.
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Die Taumelscheiben sind nur im Gehäuse neigbar gelagert und können
daher keine nachteiligen Massenkräfte bei hohen Drehzahlen verursachen.
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Die Bewegung des stufenlos einstellbaren Taumelscheibentriebwerkes
wird ohne Zwischenelemente mittels Zahnstangen über Schubritzel auf die Umlaufräder
eines Umlaufrädersatzes übertragen. Daduzch entsteht in diesem Umlaufrädersatz jedes
beliebige Drehmoment. Die Drehrichtung kann nur durch eine bestimmte Stellung der
Taumelscheiben ohne Zuhilfenahme weiterer Zahnräder oder Umschaltvorrichtungen geändert
werden.
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Das Getriebe hat außerdem die gleichen Vorteile wie jeder andere stufenlose
Antrieb. Jede Bedienung fällt fort. Damit ist eine gröbere Verkehrs-und Fahrsicherheit
verbunden. Ferner wird Kraftstoff eingespart. Die Antriebsmotoren werden infolge
der Möglichkeit, jeden Motor von Leerlauf bis Vollgas auf der für ihn günstigsten
Betriebskennlinie zu halten, geschont. Vereinfachungen im Motorenbau liegen damit
im Bereich der Möglichkeit. Die Kupplung und jede zusätzliche Bremsvorrichtung können
wegfallen, weil man mit dem Getriebe aus dem Leerlauf heraus anfahren und im Gefälle
eine derart kleine Übersetzung wählen kann, daß jede Last allein durch die Bremswirkung
des Motors gehalten wird. Der Mehraufwand für den Bau dieses stufenlosen Getriebes
würde durch diese Einsparungen zweifellos aufgewogen werden.
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Die vorgeschlagene Bauart des Gegenstandes der Erfindung ist ein Kegelradausgleichgetriebe
in der stark abgewandelten Form eines Schaltwerkgetriebes. Es besteht aus einem
zylindrischen Gehäuse I, das eine in ihm drehbare Trommel 2 umschließt, die aus
zwei durch die Schrauben I4 zusammengehaltenen Teilen besteht.
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In der Trommel 2 ist das Antriebskegelrad I7 drehbar gelagert. Der
Abtrieb ist ebenso gestaltet und liegt in Form des Kegelrades I8 dem Antrieb gegenüber.
Mit den Kegelrädern I7 und I8 kämmen vier ebenfalls in der Trommel 2 und in dem
viereckigen Lagerbock 24 drehbar gelagerte Ausgleichsräder Io. In dem Lagerbock
sitzen auch die Wellenenden der An und Abtriebskegelräder I7 und I8, deren Hauptlager
sich in den Gehäusedeckeln 19 befinden. Axial zu den Ausgleichsrädern Io sind vier
Schubritzel 9 angeordnet, die ebenfalls drehbar in der Trommel 2 festgehalten werden
und mit den Ausgleichsrädern Io verbunden oder gelöst werden können. Die Schubritzel
9 stehen außerdem in ständigem Eingriff mit den verzahnten Abschnitten 4 von Zahnstangen
5, deren hin und her gehende Bewegungen durch die verschieden großen Neigungen der
Taumelscheiben 8 bestimmt werden, zwischen denen sie durch die Gleitköpfe 6 in Verbindung
mit den Federn 7 straff liegen. Die Taumelscheiben 8 sind miteinander durch die
Bolzen 15 und die Stangen 16 verbunden und sind kugellagerartig in einem Ring gelagert,
der neigbar im Ge häuse I angeordnet ist. Die Neigung wird mit Hilfe der Feder 23
und des Öldruckzylinders 22 mit dem Kolben, 2I erreicht, denn mit zunehmender Motordrehzahl
steigt der von einer Öldruckpumpe erzeugte Öldruck, durch den der Kolben bewegt
wird. In der Mitte des zweiteiligen Gehäuses I ist der Schaltkranz 3 mit einer erweiterten
Ausnehmung von etwas mehr als 9o° (Fig. 2 und 3) eingepaßt und durch sechs Schrauben
20 festgehalten. An ihm gleiten die vier Schaltbolzen II (Fig. I und 2) entlang.
Kommt ein Schaltbolzen II während seiner Bewegung in den Bereich der Ausnehmung
des Schaltkranzes 3, so verbindet sich das zugehörige Schubritzel 9 mit dem Ausgleichsrad
Io fest, wie aus Fig. 4 zu ersehen ist. Diese stellt eine zweckmäßige Änderung eines
an sich bekannten, in beiden Drehrichtungen hemmenden Freilaufes dar. Der Schaltbolzen
II trägt einen sechseckigen Konus II mit den Klemmrollen 12 und ist auf Keilnuten
verschiebbar in dem Schubritzel 9 gelagert. Die Feder 13 (Fig. 2) drückt den Schaltbolzen
ständig gegen die konische Ausnehmung des Ausgleichsrades i o. Die Fig. 2, 3 und
4 zeigen, daß die Klemmrollen 12 nur dann klemmen können, wenn der Schaltbolzen
II im Verlauf der Umdrehung in den Bereich der etwas mehr als 9ogradigen Ausnehmung
des Schaltkranzes 3 kommt, so daß die Klemmrollen I2 durch die Federn 13, deren
Wirkung durch die Fliehkraft des Schaltbolzens II verstärkt wird, an den Konus des
Ausgleichsrades Io gedrückt werden und durch den sechseckigen Konus II klemmen.
In Fig. 2 wird der offene und in Fig. 4 der verklemmte Freilauf gezeigt.
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Die Wirkungsweise des Getriebes ist derart, daß vom Kegelrad 17 der
Antrieb und vom Kegelrad I8 der Abtrieb erfolgt. Stehen die Taumelsicheiben 8 parallel
zu diesen Kegelrädern, also senkrecht zur Drehhachse, so nehmen die Ausgleichsräder
Io sowohl die Trommel 2 als auch das Abtriebskegelrad I8 mit gleich großer Drehzahl
mit, so daß ein Übersetzungsverhältnis von I : I besteht. Die Zahnstangen 5 drehen
sich mit der Trommel 2, gehen aber nicht hin und her. Die Ausgleichsräder Io und
mit ihnen die Schubritzel 9 bewegen sich ebenfalls mit der Trommel 2, drehen sich
aber nicht um ihre eigene Achse. Der Kraftfluß geht an den Enden der etwas mehr
als 9ogradigen Ausnehmung des Schaltkranzes 3 mit Überdeckung von einem Ausgleichsrad
Io auf das andere über, erfährt also keine Unterbrechung. Dadurch werden die Schaltorgane
geschont. Soll sich das Abtriebskegelrad I8 schneller drehen, so müssen die Taumelscheiben
8 so geneigt werden, dafä durch die hin und her gehenden =Bewegungen der Zahnstangen
5 die Ausglei,chsräder io über die Schubritzel9 so beehiflußt werden, da,ß ;sie
gemeinsam mit der Trommele das Abtriebskegelrad 18 beschleunigen.
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Werden die Taumelscheiben 8 in der entgegengesetzten Richtung über
die Senkrechte hinaus geneigt, dann. wirken -die Ausgleichszäder i o, beeinflußt
durch den jeweiligen Hub der Zahnstangen 5, verzögernd auf das Abtriebskegelrad
18. Dadurch.
entsteht ein Untersetzungsverhältnis. Werden die Taumelscheiben
8 in der gleichen Richtung so weit geneigt, daß der Hub der Zahnstangen 5 so groß
ist wie der halbe Umfang des Teilkreises des Schubritzels 9, so erfolgt keine Kraftübertragung.
Das Getriebe steht dann auf Leerlauf. Das Abtriebskegelrad I8 steht still. An diesem
rollen die Aulsgleichsräder Io ab und nehmen die Trommel 2 sowie die Zahnstangen
5 mit, da sich diese frei hin und her bewegen können. Neigt man die Taumelscheiben
8 weiter in der gleichen Richtung über die Leerlaufstellung hinaus, so wird das
Abtriebskegelrad I8 so beeinflußt, daß es sich in umgekehrter Richtung wie das Antriebsrad
I7 dreht. Das Getriebe ist dann auf Rückwärtslauf geschaltet.
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Die Ausgleichsräder Io drehen sich in allen Fällen stets um ihre Achse
nur in einer Richtung, während die mit den hin und her gehenden Zahnstangen 5 kämmenden
Schubritzel 9 zwangläufig eine Vor- und Rückwärtsbewegung mit sinuslinienförmiger
Beschleunigung und Verzögerung ausführen. Sie werden jedoch nur in dem Augenblick
mit den Ausgleichsrädern Io gekuppelt, wenn sie dieselbe Drehrichtung und eine fast
gleiche Winkelgeschwindigkeit wie die Ausgleichsräder haben. Das wird durch die
Schaltbolzen II erreicht, die eine Kupplung der Schubritzel 9 mit den Ausgleichsrädern
Io nur dann zulassen, wenn sie in den Bereich der Ausnehmung des Schaltkranzes 3
von etwas mehr als 9o° gelangen. Die Kraftübertragung wird während einer Umdrehung
der Trommel 2 viermal von einem Ausgleichsrad Io auf das andere geleitet in der
Weise, daß an den Enden der Ausnehmung des Schaltkranzes 3, über einen Winkel von
etwa 5° für kurze Zeit zwei Schaltbolzen II gleichzeitig kuppelnd im Eingriff stehen.
In Fig. 3 sind die Kupplungseingriffsbereiche in flachem, sinuslinienförmigem Verlauf
dargestellt. Die flachen Simuslinien werden jedoch durch die Federn 7 an den Gleitköpfen
6 ausgeglichen, so daß sich während des Kupplungsbereiches von 9o° die Zahnstangen
5 mit den Schubritzeln 9 ebenso gleichförmig bewegen können wie die Ausgleichsräder
Io. Auf diese Weise sind mit dem Getriebe sämtliche Übersetzungsverhältnisse im
Vorwärts- und zum Teil auch im Rückwärtsgang durch einfaches Verstellen der Taumelscheiben
einstellbar.