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Stirnräderwechselgetriebe, insbesondere für Motorräder Bei Kraftfahrzeug-Stufengetrieben
hat sich im wesentlichen die Klauenschaltung durchgesetzt. Daneben sind auch Getriebe
bekanntgeworden, bei denen mittels eines Ziehkeiles und radial in die Taschen der
schaltbaren Räder verschiebbarer Kuppelglieder, z. B. Kugeln, die Kupplung der Schaltwelle
mit dem schaltbaren Rad hergestellt wird.
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Die Klauenschaltungen sind gegenüber den Schaltungen mit radial verschiebbaren
Kuppelgliedern teuer in der Herstellung und benötigen auch mehr Raum.
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Die weniger aufwendigen und billigeren bekannten Getriebe, die mit
Ziehkeilen und von diesen beeinflußten, radial verschiebbaren Kuppelgliedern geschaltet
werden, sind für Kraftfahrzeuge nicht geeignet, da sie die Erfordernisse solcher
Getriebe nicht berücksichtigen, mit denen die Drehzahlen des verhältnismäßig schnell
laufenden Motors untersetzt werden müssen.
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An sich ist das Ziehkeilgetriebe mit radial verschiebbaren Kuppelgliedern
wegen seines geringen Raumbedarfs für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Motorräder,
besonders geeignet. Diese Eignung ist besonders dadurch noch gesteigert, daß dieser
Getriebeschaltart ein Synchronisierungsvermögen eigen ist, das durch keines der
bekanntgewordenen Ziehkeilgetriebe mit radial beweglichen Kugeln als Kuppelglied
offenbart ist. Diese vorteilhaften Eigenschaften der Getriebeschaltung mit radial
verschiebbaren
Kuppelgliedern, die, z. B. durch Ziehkeile beeinflußt,
in die Kuppelstellung und aus dieser heraus bewegt werden, kann für Kraftfahrzeuggetriebe
nur dadurch nutzbar gemacht werden, daß Masse und Drehgeschwindigkeit der sich drehenden
Getriebeteile durch zweckmäßige Anordnung dieser Teile auf ein so niedriges Maß
gebracht werden, daß das gegenüber der Klaue empfindlichere, radial verschiebbare
Kuppelelement, z. B. die Kugel, den Beanspruchungen standhält. ohne daß dafür Größen
gewählt werden müssen; die die erwähnten Vorteile gegenüber der Klauenschaltung
zum Teil gegenstandslos machen.
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Die Realisierung der daraus sich ergebenden Aufgabe kennzeichnet sich
durch folgende Merkmale: I. Ein Teil der zwischen Antrieb, also dem Motor, und dem
Abtrieb liegenden: Untersetzung wird durch eine vor dem Getriebe liegende Untersetzung
übernommen, d. h.. der Motor ist nicht direkt an die Getriebeantriebswelle angeschlossen,
um im eigentlichen Getriebe zweckdienlich niedrige Drehzahlen zu erzielen; 2. die
Kupplung ist im Abtrieb der Voruntersetzung vorgesehen und auf der Antriebswelle
des Stirnräderwechselgetriebes angeordnet, wobei die geringen Massen der Innenlamellen
an der Getriebeantriebswelle und die übrigen, größeren Massen der Kupplung am abtreibenden
Teil, z. B. Zahnrad, der Voruntersetzung zugeordnet sind, um die von der Kupplung
gegebenen Massenkräfte zu verringern.
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Dadurch können die beim Schalten auftretenden Massenkräfte und die
auf die Kuppelglieder wirkenden Fliehkräfte in den Grenzen gehalten werden, in denen
sich die Vorteile der Schaltvorrichtung mit radial in Taschen der schaltbaren Räder
bewegbaren Kuppelgliedern voll auswirken können.
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Bei einem bekannten, in einem Motorrad angeordneten Ziehkeilgetriebe
wird die Schaltwelle unmittelbar von der Motorwelle angetrieben. Daraus ergeben
sich Drehzahlen der Schaltwelle, welche die auf die Schaltkugeln wirkenden Fliehkräfte
in solcher Höhe in Erscheinung treten lassen, daß unerträgliche Geräusche nicht
nur beim Schalten, sondern auch durch den Vorbeilauf der Kugeln der nicht geschalteten
Räder an deren Taschen entstehen. Außerdem werden durch die Fliehkräfte in Verbindung
mit .den zu übertragenden Drehmomenten die Kugeln so stark beansprucht, daß sie
nach kurzer Zeit zerstört werden. Die gleichen zerstörenden Folgen machen sich auch
an der Lauffläche der schaltbaren Räder und an den darin befindlichen Taschen für
'die Schaltkugeln bemerkbar.
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Eine- Verkleinerung der Kugeln bis zu dem Maße, daß die daran auftretenden
Fliehkräfte nicht schädlich wirken, ist deshalb nicht möglich, weil dadurch die
Kugeln einen Durchmesser erhalten, der für die Übertragung der vorhandenen Drehmomente
nicht ausreicht.
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Wird die Drehzahl ohne Voruntersetzung innerhalb des Getriebes reduziert,
z. B. dadurch, daß der höchste Gang im Getriebe eine starke Untersetzung aufweist
und die niedrigen Gänge entsprechend der notwendigen Getriebeabstufung noch stärker
untersetzt sind, dann wird das Getriebe infolge der großen Zahnräderdurchmesser
nicht nur sehr teuer und großbauend, sondern die Massen der sich drehenden Teile
sind derart groß, daß die beim Schalten entstehenden Massenschläge die Schaltelemente
zerstören. Bei derartigen Getrieben können auch die synchronisierenden Eigenschaften
der radial bewegbaren Kuppelelemente, z. B. Kugeln, nicht wirksam werden.
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Es ist an sich bekannt, zwischen der Schaltwelle des Getriebes und
dem Motor sowohl eine Voruntersetzung als auch eine Kupplung anzuordnen. Diese bekannte
Maßnahme dient aber nicht dazu, bei einem an sich bekannten Ziehkeilgetriebe mit
Kugeln als Kuppelgliedern in Verbindung mit der Anordnung der Kupplung zwischen
Voruntersetzung und eigentlichem Getriebe Masse und Drehzahl derart herabzusetzen,
daß die in Rede stehenden Schaltvorrichtungen für Kraftfahrzeuge, insbesondere für
Motorräder geeignet sind.
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Bei diesen bekannten Getrieben mit Voruntersetzung zwischen Motor
und Getriebeschaltwelle können die Schaltelemente auch nicht der Synchronisierung
mit dienstbar gemacht werden.
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Je geringer die Massen und die Drehzahlen sind, um so mehr eignet
sich die Schaltung durch radial bewegbare Kuppelelemente gleichzeitig zum Synchronisieren.
Es ist deshalb notwendig, auch die von der Kupplung .erzeugten Massenkräfte auf
ein erträgliches Maß zu reduzieren.
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Die Anordnung der Kupplung am Abtrieb der Voruntersetzung erfolgt
daher so, daß die Innenlamellen mit der Schaltantriebswelle des Stirnräderwechselgetri.ebes
in Verbindung stehen und die größeren Massen der Kupplung dem Abtriebsrad der Voruntersetzung
zugeordnet sind. Dadurch werden die im eigentlichen Getriebe bewegten Massen weiter
reduziert und die vorteilhaften Eigenschaften des Ziehkeilgetriebes mit radial bewegbaren
Kuppelgliedern weiter gesteigert.
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Das erfindungsgemäß gestaltete Getriebe läßt,die Verwendung kleinerer
Durchmesser der Getrieberäder zu als bei Getrieben, die de vollständige Untersetzung
innerhalb der Getriebestufen vom Motor bis zum Getriebeabtrieb zu übernehmen haben.
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Um Vergrößerungen .dieser Durchmesser, bedingt durch die in die schaltbaren
Räder eingearbeiteten Kugeltaschen, zu vermeiden, wird vorgeschlagen, jeweils das
größere Rad eines Radpaares als schaltbares Rad vorzusehen.
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Es liegt auch im Sinne der Erfindung, die Kupplung eines der schaltbaren
Räder mit ,der Schaltwelle, vorzugsweise im i. Gang, mittels selbsttätig kuppelnder
und entkuppelnder, radial wirkender Kuppelelemente, z. B. Kugeln oder Rollen, nach
der Art des Freilauf-Sperrgetriebes zu versehen.
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Eine vorteilhafte Anwendung der Erfindung für ein billiges und leicht
schaltbares Getriebe, insbesondere für kleine Kraftfahrzeuge, kennzeichnet sich
dadurch, daß das Ein- und Ausschalten der
höheren Gänge mittels
eines an sich bekannten, in der Schaltwelle axial verschiebbar geführten, auf radial
verschiebbare Kuppelelemente wirkenden Ziehkeiles und die Schaltung des I. Ganges
mittels nach der Art eines Freilauf-Sperrgetriebes wirkender Rollen auf der Nebenwelle
erfolgt.
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Das als Überholfreilauf dienende Freilauf-Sperrgetriebe des I. Ganges
ist im größeren Rad des ersten Gangradpaares untergebracht und macht den I. Gang,
der nur durch die Kupplung einschaltbar ist, die allein zum Herbeiführen der Leerlaufstellung
dient, bei geschalteten höheren Gängen wirkungslos.
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Bei einem solchen Getriebe mit drei Gängen sitzen fest auf der von
der Vorübersetzung angetriebenen Schaltwelle das Rad für den I. Gang und drehbar
das schaltbare Rad für den 2. Gang und 3. Gang und fest auf der zweiten Welle die
beiden Räder für den 2. und 3. Gang und lose das durch Freilauf-Sperrgetriebe schaltbare
Rad für den I. Gang.
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Die Anwendung eines Überholfreilaufes als Schaltelement in der ersten
Getriebestufe ist bei einem solchen Getriebe für kleine Kraftfahrzeuge insofern
vorteilhaft, als dadurch der durch das Lösen der Kupplung sich ergebende Leerlauf
eine besondere Leerlaufschaltung sowie einen Ziehkeil in der Nebenwelle mit den
dazugehörigen Betätigungsmitteln überflüssig macht.
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Die Anordnung der Kupplung zwischen der Antriebsuntersetzung und dem
Stufengetriebe ist insbesondere für Klein- und Kleinstgetriebe deshalb mit vorteilhaft,
weil dadurch die übliche Lagerun und die Zwischenwand, die sich zwischen Getriebe
und Voruntersetzung mit Kupplung befindet, überflüssig werden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Getriebes nach der
Erfindung für Kleinkraftfahrzeuge beispielsweise dargestellt. Es zeigt Fig. I einen
Längsschnitt durch das Getriebe bei ausgerückter Kupplung und bei einer der langsamsten
Geschwindigkeit entsprechenden Getriebeeinstellung, Fig. 2 ebenfalls einen Längsschnitt
bei eingerückter Kupplung und bei einer dem mittleren Übersetzungsverhältnis entsprechenden
Getriebeeinstellung, Fig. 3 einen Querschnitt durch die Getriebehauptwelle bei eingeschalteter
mittlerer Übersetzung, Fig. 4 einen Querschnitt durch die Getriebehauptwelle bei
ausgeschalteter mittlerer Übersetzung und Fig. 5 einen teilweisen Querschnitt durch
die Vorgelegewelle und das Abtriebsrad für die kleinste Geschwindigkeit.
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Beim Ausführungsbeispiel ist die Drehbewegung des Antriebsgliedes
I, das an den nicht gezeichneten Motor angeschlossen ist, auf das Abtriebsrad 2
zu übertragen, welches ein Kettenrad sein kann, das mit der angetriebenen Radachse
eines Kraftrades über eine Kette verbunden sein mag.
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Die am Motor angeschlossene Antriebswelle I der Voruntersetzung trägt
ein Ritzel, das mit einem Zahnrad 3 kämmt, welches die Kupplung trägt und auf der
Schaltwelle 4 frei drehbar ist. Dieses Zahnrad 3 ist mit der Schaltwelle 4 mittels
der Kupplung und mit dem Abtriebskettenrad 2 über ein Übersetzungsgetriebe drehkraftschlüssig
verbindbar.
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Beim Ausführungsbeispiel ist eine Scheibenkupplung vorgesehen, welche
Scheiben 5 und 6 aufweist, .die an ihrem Umfang mit Nuten 7 versehen sind, in welche
die Rippen 8 eines als Gehäuse ausgebildeten Mitnehmers 9 eingreifen, der stirnseitig,
also auf der Fläche f des Zahnrades 3, befestigt ist. Die Scheiben Io der Kupplung
sind an ihrem Grunde mit Kerben II versehen, welche mit den Stegen oder Rippen I2
der Schaltwelle 4 zusammenwirken. Diese Rippen 12 können durch Verzahnung der Schaltwelle
4 gebildet sein. Die Kerben II sind als passende Gegenverzahnung ausgebildet. Die
Kupplungsscheiben stehen unter der Wirkung der Federn 13, welche in entsprechende
Aussparungen 14 des Zahnrades 3 eingelassen sind und die dauernde Anlage der Scheibe
an das Kugeldrucklager 15 bewirken, das sich gegen eine Schulter der Schaltwelle
4 abstützt. Außerdem bewirken die Federn das Zusammenpressen der Kupplungsscheiben
bei eingerückter Kupplung im Zusammenwirken mit dem Ring 16 des Mitnehmers 9.
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Die Betätigung der Kupplung erfolgt durch axiale Verschiebung des
Zahnrades 3 auf dem hinteren Stumpf der Schaltwelle 4. Zu diesem Zweck ist dem Zahnrad
3 das mittels des Rollenlagers I9 drehbar gelagerte, kapselförmige Betätigungsglied
18 nachgeschaltet, welches sich gegen die äußere Stirnfläche der Nabe 2o des Zahnrades
3, und zwar unter Zwischenschaltung eines Kugeldrucklagers 21, abstützt. Auf die
Kapsel 18 wirkt der bei 23 schwingbar gelagerte Hebel 22, an welchem der Strang
eines Bowdenzuges od. dgl. angreift, der andererseits mit dem Handhebel 17 verbunden
ist, welcher um den Bolzen 25 schwenkbar und mit einer Fallstütze 26 versehen ist,
die zur Sicherung der Ausrückstellung des Hebels 17 gegen einen festen Anschlag
27 anlegbar ist (Fig. I).
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Das Ausführungsbeispiel besitzt ein Wechselgetriebe für drei Geschwindigkeiten.
Das Getriebe besteht aus drei Paar Zahnrädern, aus einem Freilauf, welcher einem
Zahnrad der langsamsten Geschwindigkeitsstufe zugeordnet ist, und aus einer Ziehkeil-Schaltvorrichtung
für die übrigen Geschwindigkeitsstufen.
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Mit der ein Ritzel 33 bildenden Verzahnung i2 der Schaltwelle ,4 kämmt
das Zahnrad 32, welches auf der Vorgelegewelle 29 sitzt, die mittels des Lagers
3o einseitig, also fliegend gelagert ist. In das Zahnrad 32 ist der Freilauf eingebaut.
Dieser besteht aus :den Klemmgliedern 28, welche zweckvoll als Rollen gestaltet
sind, die sich auf der Vorgelegwelle 29 abwälzen. Die Rollen 28 sind in Aussparungen
3 i des Zahnrades 32 untergebracht. Die Aussparungen 3 i sind gemäß Fig. 5 ausgebildet,
sind also auf einer Seite weiter als auf der Gegenseite. Ihre Lauffläche 34 verläuft
nach einer Kreislinie, die nicht konzentrisch zur Achse des Ritzels 32 ist.
Auf
der Vorgelegewelle 29 ist das Zahnrad 35 befestigt, das mit dem Gegenzahnrad 36
im Eingriff steht, welches auf der Schaltwelle 4 frei drehbar ist. Die Nabe 37 dieses
Gegenzahnrades 36 läuft in dem Lager 38 um und trägt das Abtriebskettenrad 2. Zum
Festlegen des Zahnrades 36 in axialer Richtung können geeignete Anschläge vorgesehen
sein. Auf der Vorgelegewelle 29 ist ferner ein Zahnrad 44 befestigt, das mit dem
Zahnrad 4I kämmt, welches frei drehbar auf der Schaltwelle 4 sitzt.
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Die Schaltvorrichtung besteht einerseits aus den als Kugeln ausgebildeten
Schaltgliedern 45 und 68, andererseits aus dem Ziehkeil 43, der in einer axialen
Bohrung 48 der Schaltwelle 4 verschiebbar ist. Die Schaltkugeln 68 lagern in radialen
Bohrungen 39 der Schaltwelle 4. Das auf dieser drehbare Zahnrad 4I besitzt entsprechende
Bohrungen 40. Wenn die Kugeln 68 aus der Lage gemäß Fig. 4 in .die Stellung gemäß
Fig. 3 gelangt sind, ist das Zahnrad 4I mit der Schaltwelle 4 kraftschlüssig verbunden.
Es erfolgt dann die Kraftübertragung für die mittlere Geschwindigkeitsstufe über
die Zahnräder 4I, 44, 3 5 und 36. Die Kugeln 45 sind in radialen Bohrungen 46 der
Schaltwelle 4 gelagert, denen entsprechende Aussparungen 47 des Zahnrades 36 gegenüberstehen.
Ragen die Kugeln 45 in die Aussparungen 47 hinein, so ist der Kraftschluß für den
schnellsten, den direkten Gang von der Schaltwelle 4 zu dem mit dem Zahnrad 36 fest
verbundenen Abtriebskettenrad 2 gegeben.
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Die kugeligen Schaltglieder 68 und 45 stehen unter der Wirkung einer
Feder 42 (Fig. 3 und 4), welche die Kugeln entgegen der Zentrifugalwirkung in der
zurückgezogenen Lage hält (Fig. 4). Zum Betätigen der Schaltglieder 68 und 45 dient
der Ziehkeil 43. Dieser ist beiderseits eines Stumpfes 49 kleineren Durchmessers
mit Kegelflächen 5o und 51 versehen, von welchen die eine die Kugeln 68 und die
andere die Kugeln 45 betätigt. In der in Fig. I gezeichneten Stellung des Ziehkeiles
43 kommt keine der Kugeln zur Wirkung. Es ist dann der langsame Gang mit Kraftschluß
über die Zahnräder 33, 32, 35 und 36 eingeschaltet. Der Ziehkeil 43 ist in dieser
Lage durch den mittels einer Ringfeder 56 nachgiebig gehaltenen Bolzen 55 gesichert,
der in die Ringnut 53 des Ziehkeils 43 eingreift. Beim Einrücken der Kugeln 45 legt
sich der Bolzen 55 in die Ringnut 52 ein, während er sich beim Einrücken der Kugeln
68 gemäß Fig. 2 gegen die Kegelfläche 54 des Ziehkeiles anlegt. An Stelle des Bolzens
55 kann auch ein anderes geeignetes Sicherungselement Verwendung finden. Die Ringnuten
52 und 53 sowie die Fläche 54 bilden zusammen mit dem Bolzen 55 eine die Schaltstellungen
bestimmende Einstellvorrichtung. Wenn Hebel I7 gelöst und somit die Kupplung eingerückt
ist, ihre Glieder also die Stellung gemäß Fig. 2 einnehmen, dann kann bei laufendem
Motor jeder gewünschte Geschwindigkeitswechsel durch Verstellen des Ziehkeiles 43
veranlaßt werden. Ist die Schaltstellung gemäß Fig. I gegeben, so wird die Kraft
des Motors, wie bereits erwähnt, über die Schaltwelle 4 und die Zahnräder 33 und
32 sowie die Zahnräder 35 und 36 bei kleinster Geschwindigkeit auf das Abtriebsrad
2 übertragen. Wird dagegen der Ziehkeil43 so eingestellt, daß entweder die Schaltkugeln
68 oder 45 wirksam werden, so ist der mittlere bzw. der schnellste Gang eingeschaltet.
Es kommt dann, sobald das Zahnrad 44 rascher umläuft als das Zahnrad 32, der Freilauf
im Zahnrad 32 zur Wirkung, und die Klemmung zwischen den Rollen 28 und den Flächen
34 hört auf. Der Freilauf bewirkt also eine Kupplung des Zahnrades 32 nur dann,
wenn dieses zur Kraftübertragung herangezogen wird.
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Damit bei stillstehendem Motor dessen Anlassen ohne umständliche Mittel
möglich ist, ist das Kupplungszahnrad 3 als Übertragungsmittel zwischen Motor und
Anwerfvorrichtung eingeschaltet. Zu diesem Zweck ist die Nabe 2o des Zahnrades 3
mit einer Verzahnung 57 versehen, in welche das Zahnrad 58 eingreift, das auf dem
Zapfen 59 eines Anwerfhebels od. dgl. sitzt. Es wird somit die beim Anwerfen veranlaßte
Drehbewegung des Zapfens 59 über die Räder 58, 57 und 3 auf .das Antriebsglied I
und damit auf die Motorwelle übertragen. Auf diese Weise ist eine ebenso einfache
wie wirksame Startvorrichtung geschaffen. Da bei laufendem Motor die Anwerfvorrichtung
außer Tätigkeit sein muß, ist das Zahnrad 58 mit einem Freilauf versehen, so daß
es nur in einer Drehrichtung gekuppelt ist. Es ist aus diesem Grunde mit Klemmrollen
6o ausgerüstet, welche sowohl hinsichtlich ihrer Anordnung als auch bezüglich ihrer
Wirkung völlig den Klemmrollen 28 des Zahnrades 32 entsprechen. Bei laufendem Motor
ist also die kraftschlüssige Verbindung zwischen der Anwerfkurbel und dem Motor
selbsttätig unterbrochen.
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Die einzelnen Bauteile können durch gleich oder ähnlich wirkende Elemente
ersetzt werden. So sind z. B. an Stelle der beschriebenen Mitnehmerkupplungen Klinkeneinrichtungen
brauchbar, oder es sind die Schaltkugeln durch andere Glieder ersetzbar, die in
ihren Aussparungen bewegbar sind und durch gegen die Wirkung von Rückholfedern arbeitende
Antriebsmittel betätigt werden.