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Ohne Unterbrechung der Zugkraft schaltbares Zahnräderwechselgetriebe,
insbesondere für schwere Kraftfahrzeuge Bei den bisher bekanntgewordenen Wechselgetrieben,
die ohne Unterbrechung der Zugkraft geschaltet werden können, sind in der Regel
neben einem Hauptwellenzug mehrere Nebenwellenzüge angeordnet. Dabei sind, meist
auf den Nebenwellen, mehrere Freilaufeinrichtungen notwendig, die im Zusammenwirken
mit Schlupfkupplungen das Umschalten ohne Unterbrechung der Zugkraft ermöglichen
sollen. Neben einem gewissen Aufwand an betriebsempfindlichen Teilen, vor allem
Freiläufen und den viel Bauraum beanspruchenden Reibkupplungen, ist es bei derartigen
Getrieben von großem Nachteil, daß bei Antrieb von der Fahrzeugseite her der Motor
nicht oder nur dann zur Bremsung mit herangezogen werden kann, wenn die Freiläufe
blockierbar eingerichtet sind. Dies wird bei bekannten Anordnungen z. B. durch zusätzliche
Klauenkupplungen erreicht, die die Leistung in beiden Drehrichtungen übertragen.
Oder es werden zwei Freiläufe mit entgegengesetzter Wirkung angeordnet, wobei jedoch
keine Schaltung ohne Unterbrechung der Zugkraft, sondern nur eine Schalterleichterung
nach Art des Synchronisierens und eine Bremsmöglichkeit bei Schubfahrten erreicht
ist. Die dabei angeordneten Vorgelege stellen ein Hilfsgetriebe dar, das der Drehmomentwandlung
dient.
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Die bekannte Verwendung von je einer Reibkupplung pro Radsatz bzw.
Gangstufe bringt zwar bei einigen bekannten Anordnungen die Ersparnis des Freilaufs.
Da die Reibkupplungen aber auf den Vorgelegewellen innerhalb des Getriebes angeordnet
sein müssen, so beeinflussen sie die Baugröße des ganzen Getriebes ungünstig. Außerdem
entsteht ein großer baulicher Aufwand und im Betrieb durch die gleichzeitige Antriebsverbindung
und
Belastung zweier Stufen eine Spitzenbelastung der Übertragungseinrichtung
und ein hoher Verschleiß der Kupplungen, worunter Wirkungsgrad und Betriebssicherheit
leiden.
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Bei einigen anderen bekanntgewordenen Anordnungen ist zwar nur ein
Freilauf notwendig und nur eine oder zwei Reibkupplungen. Diese Getriebe haben aber
den Nachteil, daß Umschaltungen unter Last vorgenommen werden müssen, was zur Bewältigung
der Schaltwiderstände sehr umfangreiche Schalteinrichtungen erfordert.
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Demgegenüber wird durch die Erfindung mit nur einer Reibkupplung und
einer Freilaufkupplung erreicht, daß eine absolut zuglückenlose Schaltung ohne Auftreten
von Höchstmomenten möglich ist. Ferner kann der Motor bei Schubfahrten zur Bremsung
herangezogen werden, ohne daß besondere Blockiereinrichtungen für den Freilauf oder
ein zweiter Freilauf erforderlich ist.
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Zu diesem Zweck sind nach der Erfindung für jede Vorwärtsgangstufe
zwei gleich große Zahnräder vorgesehen, die symmetrisch auf je einer Nebenwelle
angeordnet sind, wobei die Übersetzungsverhältnisse der beiden Vorgelege zur Erreichung
des Drehzahlunterschiedes bis zu 2% voneinander verschieden sind und wobei das Vorgelege
mit der größeren Übersetzung die Nebenwelle mit der Freilaufkupplung antreibt, während
das Vorgelege mit der kleineren Übersetzung mit der treibenden Welle über eine Schlupfkupplung
kuppelbar ist.
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An Stelle des empfindlichen Klemmrollenfreilaufs kann eine Freilaufeinrichtung
bekannter Art mit Klauenkränzen vorgesehen sein, die ein- und ausschaltbar eingerichtet
ist. Dabei ist nach der Erfindung eine Schalteinrichtung angeordnet, die beim Ausrücken
der Freilaufkupplung zugleich die Schlupfkupplung einrückt und beim Einrücken der
Freilaufkupplung zugleich die Schlupfkupplung ausrückt.
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Vorteilhafterweise ist dabei nach der Erfindung an den Enden eines
zweiarmigen Betätigungshebels der gemeinsamen Schalteinrichtung je eine Schleife,
in die die Zapfen der Schaltmuffen ragen, vorgesehen, wobei in der Schleife für
die Freilaufkupplung eine auf den Zapfen drückende Feder angeordnet ist.
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Neben den erwähnten vorteilhaften Schaltmöglichkeiten, ohne Unterbrechung
der Zugkraft, ergibt die erfindungsgemäße Koppelung der Betätigungseinrichtung für
die Schlupfkupplung einerseits und die Freilaufkupplung andererseits 'eine selbsttätige
Steuerung, durch welche der Schaltrhythmus vereinfacht wird.
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Abb. I zeigt ein Ausführungsbeispiel des Wechselgetriebes nach der
Erfindung, schematisch, teilweise geschnitten; Abb. 2 zeigt einen Schaltplan für
die mit der Anordnung nach Abb. I möglichen Schaltungen.
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In Abb. I ist die -von der Antriebsmaschine kommende Welle mit I bezeichnet.
2 ist die Hauptkupplung, mit der durch die Muffe 5 über das Druckstück 4 und die
Lamellenscheiben 3 die Welle I mit der Getriebewelle 6 gekuppelt werden kann. Mit
der Welle I verbunden ist außerdem eine Schale 7, welche die Teile 3 und 4 umschließt
und in einer Hülse rI endigt, an welcher das Zahnrad 8 des ersten Vorgeleges befestigt
ist. Dieses steht im Eingriff mit dem Zahnrad 9, welches auf der Nebenwelle Io frei
drehbar gelagert ist.
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Auf der Hauptwelle sitzt frei drehbar das Zahnrad I8 des zweiten Vorgeleges.
Dieses Zahnrad steht im Eingriff mit dem Zahnrad I9, welches mit der Welle 2o fest
verbunden ist. Auf der Nebenwelle 2o sitzen frei drehbar, aber nicht verschiebbar
die Zahnräder: 22 mit dem Kupplungsklauenkranz 23 ; 24 mit dem Klauenkranz 25; 26
mit dem Klauenkranz 27 und 28; 4I mit dem Klauenkranz 29. Dazu gehören die Klauenkränze
43, 45 und 47, die an Verschiebemuffen sitzen, welche mit der Nebenwelle 2o umlaufen.
Das Rad 4I des Rückwärtsvorgeleges wird über die Klauenkränze 29, 28 mit .dem Rad
26 verbunden.
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Auf der Nebenwelle Io sitzen frei drehbar die Zahnräder I2 mit dem
Klauenkranz I3; I4 mit dem Klauenkranz 15; I6 mit dem Klauenkranz I7, Zur Verbindung
dieser Zahnräder mit der Nebenwelle Io dienen die Klauenkränze 63, 65 und 67, die
an Verschiebemuffen sitzen, welche mit der Welle Io umlaufen. Das Rad I2 ist außerdem
noch mit einem Klauenkranz 64 versehen, der mit einem Klauenkranz 62 gekuppelt werden
kann, welcher auf der Welle Io verschiebbar angeordnet ist. Auf dem Ende der Hauptwelle
6 sitzt eine Verschiebemuffe mit den Klauenkränzen 49 und 50, welche einerseits
mit einem Klauenkranz 48 am Rad I8 und andererseits mit einem Klauenkranz 35 gekuppelt
werden können. Dieser ist mit dem Wellenstück 30 fest verbunden. Auf dem
Wellenstück 30 sitzen frei drehbar die Zahnräder 32, 34, 36, wobei die Räder
32 und 34 miteinander verbunden sind. Das Rad 34 ist mit einem Klauenkranz 33 versehen,
der mit einem auf der Welle 3o verschiebbaren Klauenkranz 53 gekuppelt werden kann.
Das Rad 36 ist mit einem Klauenkranz 55 versehen und kann über den auf der Welle
30 verschiebbaren Klauenkranz 54 mit dieser gekuppelt werden. Am Rad 36 sitzt außerdem
noch der Klauenkranz 46, der mit einem Klauenkranz 56 verbunden werden kann. Dieser
sitzt verschiebbar auf der Abtriebswelle 40. Auf dieser Welle sitzt frei drehbar
auch das Rad 38 mit dem Klauenkranz 37, der mit dem Gegenkranz 57 gekuppelt werden
kann, wodurch auch das Rad 38 mit der getriebenen Welle 40 verbunden ist. Mit dem
Rad 38 stehen die Räder 42, 4I ständig im Eingriff und bilden das Rückwärtsvorgelege.
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Vorteilhafterweise sind die erwähnten Klauenkränze nach Art der bekannten
Überholklauenkupplungen ausgebildet. An ihrer Stelle können aber auch andere Arten
von Klauenkupplungen, z. B. auch mit Synchronisiereinrichtungen, Anwendung finden.
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Die Zahnräder 12, 22; 14, 24; 16, 26 sind je gleich groß. Das erste
Vorgelege 8, 9 besitzt ein um einen geringen Betrag größeres Untersetzungsverhältnis
als das zweite Vorgelege 18, i9, so d;aß also bei gleicher Antriebsdrehzahl der
'Räder 8
bzw. I8 das Rad 9 um ein Geringes langsamer läuft als das
Rad I9.
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Auf der Nebenwelle Io ist eine Freilaufeinrichtung vorgesehen, bestehend
aus dem Klauenkranz 5I am Rad 9 und einem auf der Welle Io verschiebbaren und mit
dieser umlaufenden Klauenkranz 52. Die dazu gehörende Verschiebemuffe 6o besitzt
einen Zapfen 6I. 70 ist ein Betätigungshebel, der in einem Drehpunkt 7I gelagert
ist und dessen einer Hebelarm 72 zur Betätigung der Freilaufkupplung bzw. zum Verschieben
der Muffe 6o dient. Mit dem anderen Hebelarm 73 kann die Hauptkupplung ein- bzw.
ausgerückt werden, deren Verschiebemuffe 5 ist zu diesem Zweck mit einem Zapfen
74 versehen. Dieser wird von einer Schleife 75 umschlossen, die am Hebelarm 73 sitzt.
Der Hebel 72 endigt in einer Schleife 77, die über eine Feder 78 und ein Druckstück
79 die Bewegungen des Hebels 72 auf .den Zapfen 6I der Schaltmuffe 6o überträgt.
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Das Wechselgetriebe ist in einem Betriebszustand gezeigt, bei welchem
die erste Gangstufe eingeschaltet ist. Dabei ist die Hauptkupplung 2 geschlossen,
ebenso die Klauenkupplung 48, 49 zwischen dem Rad I8 und der Welle 6, ferner die
Klauenkupplungen 23, 43 zwischen, der Welle 20 und dem Rad 22 und 53, 33 zwischen
der Welle 30 und dem Rad 34, außerdem die Klauenkupplungen 54, 55 zwischen der Welle
30 und dem Rad 36 und 46, 56 zwischen dem Rad 36 und der Abtriebswelle 40. Die übrigen
Kupplungen sind geöffnet. Die Kraftübertragung erfolgt also von der Welle I auf
die Welle 6, die Räder I8-I9-22-32-34-36 bzw. deren Klauenkupplungen auf die getriebene
Welle 40.
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Zum Anfahren aus dem Leerlaufzustand der Brennkraftmaschine, in wlechem
normalerweise sämtliche Kupplungen gelöst sind, werden zunächst die Klauenkränze
63 an 13; 43 an 23; 53 an 33; 54 an 55 und 56 an 46 angelegt. (Zum Ausrücken der
Hauptkupplung 2 im Leerlauf der Brennkraftmaschine wird der Hebel 7o nur bis zu
einer Mittelstellung bewegt, so daß also die Freilaufkupplung 5I, 52 nicht zum Einrücken
kommen kann. Um jedoch im Leerlaufzustand, oder wenn überhaupt erforderlich, ein
Mitdrehen der Räder 8, 9 zu vermeiden, kann auf der Welle I eine weitere Klauenkupplung
[nicht gezeigt] vorgesehen sein, die die Schale 7 mit dieser Welle und damit das
Vorgelege 8, 9 mit dem Antriebsmotor kuppelbar macht, unabhängig von der Schaltstellung
der Freilaufkupplung.) Wird nun die Hauptkupplung 2 eingekuppelt, dann gehen die
obenerwähnten Klauenkränze 49, 23, 33, 54, 46 nacheinander in Eingriff, wodurch
dann der in Abb. I dargestellte Betriebszustand der ersten Gangstufe hergestellt
ist.
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Zur Vorbereitung der Umschaltung in die zweite Gangstufe kann jetzt
der Klauenkranz 63 an den Klauenkranz I3 angelegt werden. Da die Drehzahl der Welle
Io kleiner ist als die des Rades I2, so weisen sich diese Kupplungsklauen noch ab.
Wird jetzt die Hauptkupplung 2 geöffnet, so erfolgt ein Drehzahlabfall bei dem Rad
I2 und gleichzeitig ein Fassen der Freilaufkupplung 5I, 52 und damit ein Schließen
der Klauenkränze I3, 63. Beim Lösen der Hauptkupplung bewirkt die Schleife 75 am
Hebelarm 73, daß das Entkuppeln der Hauptkupplung 2 erst erfolgt, wenn die verschiebbare
Hälfte 52 des Freilaufs an die Hälfte 5I nach Durchlaufen des Abstandes 2I angelegt
ist und unter dem Einrückdruck der Feder 78 steht. Da das Rad 9 und mit ihm auch
der Klauenkranz 5I ständig mit dem Antrieb in Verbindung stehen, so wird nun beim
Ausrücken der Hauptkupplung 2 sofort ein Fassen des Freilaufs erfolgen. Dieses Fassen
des Freilaufs bzw. der Klauen I3, 63 erfolgt nahezu bei Gleichlauf der beiden Kupplungshälften,
da die Verhältnisse zwischen den Rädern 22-32 und I2-32 gleich sind. Durch eine
ganz geringe Verschiedenheit der Untersetzungsverhältnisse zwischen den beiden Vorgelegen
8, 9 bzw. I8, I9 ergibt sich jedoch ein geringes Voreilender Hälfte 52 gegenüber
5I (bei geschlossener Hauptkupplung 2), so daß auch bei Fehlen der Koppelung zwischen
Freilauf und Hauptkupplung die Nebenwelle Io mit ihren Übertragungselementen automatisch
entlastet ist, sobald die Leistung durch Schließender Hauptkupplung 2 über das Vorgelege
I8, I9 bzw. die Nebenwelle 2o übertragen wird. An Stelle der Klauenfreilaufkupplung
könnte also auch ein beliebiger anderer Freilauf, z. B. ein Klemmrollenfreilauf,
Anwendung finden.
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Bei der eben beschriebenen Übertragung der ersten Gangstufe über das
Vorgelege 8, 9 und den Freilauf, die als Hilfsstufe angesehen wird, ist die Nebenwelle
2o entlastet. Es könen dort also jetzt die Schaltungen für die zweite Hauptstufe
vorbereitet werden. Dazu werden zunächst die Kränze 23 und 43 getrennt und die Schaltmuffe
mit dem Kranz 45 dabei so weit nach rechts verschoben, bis die Kränze 45 und 25
aneinander anliegen. Die Klauenkränze weisen sich zunächst ab. Jetzt wird die Hauptkupplung
2 geschlossen, und der Kupplungskranz 45 greift im Augenblick des Überholens in
den Kranz 25 ein. Damit ist die zweite Gangstufe über die Räder I8-I9-24-34 erreicht.
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Auf der nunmehr entlasteten Nebenwelle Io können jetzt die Schaltungen
in die zweite Hilfsstufe zur Umschaltung in die dritte Hauptstufe vorbereitet werden.
Dazu werden die Klauenkränze 63, 65 so weit nach rechts verschoben, daß die Verbindung
mit dem Klauenkranz I3 einerseits gelöst wird und andererseits der Klauenkranz 65
zum Anliegeh an den Kranz 15 kommt. Die Klauenkränze weisen sich noch ,ab. Das Öffnen
der Hauptkupplung 2 bewirkt jetzt ein automatisches Herstellen der zweiten Hilfsstufe
auf der Nebenwelle 1o durch Schließen der Kupplung 15, 65. Nun können die entlasteten
Klauenkränze 45, 25 geöffnet werden und der Klauenkranz 47 an 27 angelegt werden.
Nach Schließen der Hauptkupplung 2 ist die dritte Hauptstufe eingeschaltet über
i8-i9-26-36-40.
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Auf der Nebenwelle io kann jetzt die entlastete Kupplung 15, 65 geöffnet
werden.
Die Umschaltung auf die direkte Gangstufe wird dadurch eingeleitet,
daß der Klauenkranz 67 an den Kranz I7 angelegt wird. Wird jetzt die Hauptkupplung
2 geöffnet, so ist die dritte Hilfsstufe über die Nebenwelle Io hergestellt. Auf
der entlasteten Nebenwelle 2o können jetzt die Klauenkränze 27, 47 getrennt werden,
ferner werden die entlasteten Kupplungen 48, 49 und 33, 53 geöffnet. Dabei wird
der Klauenkranz 50 an den mit der Welle 30 fest verbundenen Klauenkranz 35 angelegt.
Bei Einkuppeln der Hauptkupplung 2 schließen sich auch die Klauenkupplungen 50,
35, so daß die direkte Übertragung hergestellt ist über I-2-6-50, 35-30-54 55-46
56-40 Es besteht nun noch die Möglichkeit, von der Hauptwelle aus Gangstufen herzustellen,
die ins Schnelle übersetzen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ergibt sich
eine solche Stufe durch Anwendung einer weiteren Klauenkupplung, z. B. der Kupplung
62, 64. Solange im direkten Gang gefahren wird, kann der Kranz 62 an den Kranz 64
angelegt werden, wo er zunächst noch abgewiesen wird, da die Drehzahl der Welle
Io größer ist als die des Rades I2 (wegen der An- -triebsverbindung 4o-36-I6-I7,
67-Io). Das Anlegen der Klauenhälfte 62 an 64 darf erst erfolgen, wenn die Hauptkupplung
2 kurz geöffnet wurde und die Kupplung 54, 55 gelöst, die Kupplung 33, 53 in Eingriff
gebracht ist. Nach Schließen der Hauptkupplung 2 geht die Klauenkupplung 62, 64
in Eingriff. Damit ist eine Schnellgangstufe hergestellt über I-6-5o, 35-30-33 53-32-I2-62,
64-Io-I7, 67-I6-36-46, 56-4o. Ein weiterer Schnell- bzw. Schongang ließe sich erreichen,
wenn zwischen der Welle Io und dem Rad I4 eine Klauenkupplung angeordnet würde,
wobei die Klauenabschrägung so verlaufen müßte, daß bei der eingezeichneten Drehrichtung
die Klauen in Eingriff gehen, wenn die Umfangsgeschwindigkeit des Rades I4 größer
wird als die der Welle Io.
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Eine weitere untersetzte Stufe, die nicht zuglückenlos schaltbar ist,
ergibt sich bei dem vorliegenden Anordnungsbeispiel über die Räder I8-I9-22-32-34-I4-I6-36.
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Um aus dem Schnellgang wieder auf die direkte Übertragung zurückzuschalten,
wird zunächst die Hauptkupplung 2 geöffnet (wobei der Frei laufteil 52 nur bis zur
Anlage an 5I verschoben wird). Darauf werden die entlasteten Klauenkupplungen 33,
53 und 62, 64 gelöst, ferner die Kupplungshälfte 54 an 55 angelegt, wo sie sofort
in Eingriff geht. Wird jetzt die Hauptkupplung 2 wieder geschlossen, dann ist die
direkte Übertragung wiederhergestellt.
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Zur Einschaltung der dritten Gangstufe wird die Hauptkupplung 2 geöffnet
und die Klauenkupplung 50, 35 gelöst. Durch die Verringerung der Fahrgeschwindigkeit
wird jetzt die Freilaufkupplung 5I, 52 geschlossen, so daß die dritte Hilfsstufe
über die Nebenwelle Io hergestellt ist: Nun wird der Klauenkranz 47 an den Klauenkranz
27 angelegt und die Hauptkupplung :2 wieder geschlossen, 27, 47 gehen in Eingriff,
so daß die dritte Hauptstufe eingeschaltet ist. Analog werden die weiteren Schaltungen
über den zweiten Hilfsgang zur zweiten Hauptstufe und über den ersten Hilfsgang
zur ersten Hauptstufe vorgenommen.
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Zur Rückwärtsfahrt werden bei' geöffneter Hauptkupplung :2 die Klauenkränze
29 bzw. 57 an die Kränze 28 bzw. 37 angelegt. Nach Einkuppeln der Hauptkupplung
2 erfolgt die Übertragung über die Räder I8, I9, die Welle 2o, :auf das Rückwärtsvorgelege4I-42-38
auf die Welle 4o. Ein weiterer Rückwärtsgang ist möglich über I8-I9-22-32-34-36-26-4I.
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Wird das Rückwärtsvorgelege 4I-42-38 von einem der Räder 32, 34, 36
angetrieben, so lassen sich schnelle Rückwärtsgänge erzielen.
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Soll die Brennkraftmaschine zur Bremsung des Fahrzeuges mit herangezogen
werden, so ist dies bei der vorliegenden Bauart trotz des Freilaufs dadurch möglich,
daß auf der Vorgelegewelle 2o eine starre Verbindung zwischen Brennkraftmaschine
und Fahrzeug in jeder Gangstufe möglich ist. Bei der vorgesehenen Überholklauenanordnung
ist es bekanntlich von Wichtigkeit, daß zurückgeschaltet wird, bevor der fahrzeugseitige
Klauenkranz den motorseitigen überholt. Zur Sicherung gegen ein Schaltversäumnis
bzw. dessen Folgen kann auf der Nebenwelle Io vorsorglich eine Verbindung dieser
Welle mit einem Rad, z. B. I6, über die Schaltkupplung I7, 67 (dritte Hilfsstufe)
hergestellt werden, solange das Fahrzeug noch im direkten Gang fährt. Um bei Versagen
einer Bremsung über die Welle 2o diese Sicherung zu benutzen, muß dann der Freilauf
blockierbar sein oder eine Kupplung mit umgekehrter Eingriffsrichteng als diejenige
des Freilaufs zwischen der Welle Io und dem Rad 9 angeordnet werden.
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Da der Freilauf nur während der Hilfsschaltungen - also nur kurze
Zeit beansprucht ist, kann an Stelle des gezeigten Klauenfreilaufs auch ein Klemmrollenfreilauf
bekannter Art, besonders bei leichteren Fahrzeugen, Anwendung finden. Besonders
in diesem Falle ist es von.Vorteil, daß dann die zwangläufige Koppelung 7o-79 mit
der Hauptkupplung entfallen kann. Dabei kann dann auch von dem »Freilauffahren«
bei gedrosselter Brennstoffzufuhr Gebrauch gemacht werden.
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Der in Abb. 2 dargestellte Schaltplan zeigt die bei dem Ausführungsbeispiel
nach Abb. i möglichen Gangstufen. Die Vertikalen entsprechen den Radsätzen, die
Hilfsstufen sind gestrichelt gezeichnet. Es bedeutet a erste Gangstufe,
b erste Hilfsstufe, c zweite Gangstufe, d zweite Hilfsstufe, e dritte Gangstufe,
f dritte Hilfsstufc, g direkter Gang, k eine weitere Vorwärtsstufe, i Schnellgang
vorwärts, k Rückwärtsgang (erster), L Rückwärtsgang (zweiter), m Rückwärtsgang
(schnell).