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Nur bei positivem (bzw. negativem) Drehzahlunterschied einrückbare
Zahnkupplung mit einer Synchronisiereinrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine
nur bei positivem (bzw. negativem) Drehzahlunterschied einrückbare Zahnkupplung
mit einer Synchronisiereinrichtung, insbesondere für Strömungsgetrieben nachgeschaltete
Zahnräderwechselgetriebe zum Antrieb von Fahrzeugen, und mit einer zusätzlichen
Bremseinrichtung bzw. von einem Glied der Abtriebwelle antreibbaren Beschleunigungseinrichtung
für die Antriebswelle.
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Bei einer bekannten Zahnkupplung dieser Bauart muß die Brems- bzw.
Beschleunigungseinrichtung auf mechanischem oder hydraulischem Wege vor jedem Gangwechsel
gesondert betätigt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses gesonderte Betätigen
zu vermeiden. Zur Lösung dieser Aufgabe sind gemäß der Erfindung die zusätzlichen
mit Reib- und Gegenflächen versehenen Brems- bzw. Beschleunigungseinrichtungen für
die Antriebswelle derart angeordnet, daß deren Abbremsen bzw. Beschleunigen über
die Drehzahl des mit ihr zu kuppelnden Getriebeteils hinaus im jeweils gewünschten
Sinn selbsttätig durch den Synchronisierdruck erfolgt.
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Durch diese Maßnahme wird nicht nur die Schaltzeit beim Gangwechsel
weiterhin verkürzt, sondern auch das zusätzliche mechanische oder hydraulische Betätigungsgestänge
eingespart.
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In an sich bekannter Weise kann dabei die Gegenfläche der Bremseinrichtung
sich an einem am Getriebegehäuse befestigten Teil oder an einem Getriebeteil
befinden,
dessen Drehzahl gegenüber der der Abtriebwelle schwächer übersetzt ist als die des
zu kuppelnden Getriebeteils, während die Gegenfläche der Beschleunigungseinrichtung
sich an einem Getriebeteil befindet, dessen Drehzahl gegenüber der der Abtriebwelle
stärker übersetzt ist als die des zu kuppelnden Getriebeteils. Beispielsweise kann
der Getriebeteil, an dem sich die Gegenfläche der Beschleunigungseinrichtung befindet,
als Zahnrad ausgebildet sein, das auf der Nabe des mit der Antriebswelle zu kuppelnden
Getriebeteils drehbar gelagert ist, aber einen kleineren Teilkreisdurchmesser als
der letztere aufweist und mit einem entsprechenden zweiten Zahnkranz eines Gegenrades
des zu kuppelnden Getriebeteils im Eingriff steht.
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Zweckmäßig sind die Brems- bzw. Beschleunigungseinrichtungen und die
Synchronisiereinrichtung Kegelreibkupplungen mit derart unterschiedlichen Durchmessern,
Kegelwinkeln und bzw. oder Reibbelägen, daß die Reibwirkung der Brems- und der Beschleunigungseinrichtung
die der Synchronisiereinrichtung übertrifft.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung liegen die Synchronisier-
und die Brems- bzw. Beschleunigungseinrichtung jeweils auf zwei verschiedenen Seiten
von auf der Antriebswelle drehbar und beschränkt längsverschiebbar gelagerten, mit
ihr zu kuppelnden Zahnrädern, wobei die letzteren eine derartige Schrägverzahnung
aufweisen, daß sie sich unter Last in Richtung auf die Synchronisiereinrichtung
zu verschieben.
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Handelt es sich um eine Zahnkupplung, bei der eine mit der verschiebbaren
Kupplungshälfte fest verbundene Schaltmuffe und ein gegenüber dieser beschränkt
verdrehbarer, in eine oder mehrere durchgehende Längsnuten mit je einem achsparallelen
Steg eingreifender, an der anderen Kupplungshälfte schleifender Sperring Anschläge
aufweisen, die ein Einrücken der Kupplung bei der nicht gewünschten Relativdrehrichtung
verhindern, so können außerdem am Getriebegehäuse weitere Anschläge zum Begrenzen
des Verschiebens des mit der Schaltmuffe verbundenen Schaltringes vorgesehen werden,
damit durch die Schaltkraft - die unter Umständen, besonders bei hydraulischer Betätigung,
sehr groß ist - nach vollzogenem Gangwechsel kein Axialschub auf die umlaufenden
Teile ausgeübt werden kann.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch
dargestellt, und zwar zeigt Fig. I eine Zahnkupplung für ein zweigängiges Zahnräder-Wechselgetriebe,
teils im Längsschnitt und teils in Ansicht, Fig. 2 eine Einzelheit der Fig. I in
größerem Maßstab, Fig. 3 ein Schaubild, das die Drehzahl der Antriebswelle in Abhängigkeit
von der Fahrgeschwindigkeit in den verschiedenen Gangstufen darstellt, Fig. 4 die
Abwicklung der Verzahnung zwischen den zu kuppelnden Gliedern und Fig. 5 ein weiteres
Ausführungsbeispiel in vereinfachter Darstellung. Die durchgehende Antriebswelle
I ist im Getriebegehäuse 2 gelagert und mit der Abtriebwelle 3 über die Zahnradpaare
4; 5 oder 6, 7 mit größerer bzw. kleinerer Drehzahlübersetzung kuppelbar. Die Zahnräder
5 und 7 sind mittels Keile 94 auf der Abtriebwelle 3 befestigt, während die Zahnräder
4 und 6 mit den eingepreßten Buchsen 95 und 95 a bzw. 96 und 96a auf der Antriebswelle
I drehbar gelagert sind. Eine zwischen den Zahnrädern und 6 auf der Antriebswelle
I aufgeleilte Kupplungsnabe 8 trägt an ihren Enden zwei Außenverzahnungen 9 und
Io, und die benachbarten Nabenenden der Zahnräder 6 und 4 tragen gleiche Außenverzahnungen
II bzw. 12. Auf der Kupplungsnabe 8 ist eine Kupplungsmuffe 13 längsverschiebbar,
wobei sie mit Innenverzahnungen 14 und 15 ständig in die Außenverzahnungen 9 bzw.
Io der Kupplungsnabe 8 und außerdem in ihren beiden Endstellungen entweder mit den
Zähnen I4 in die Außenverzahnung II des Zahnrades 6 oder mit den Zähnen 15 in die
Außenverzahnung 12 des Zahnrades 4 eingreift. Die Kupplungsmuffe 13 ist von einer
mit ihr verschraubten Schaltmuffe I9 umgeben, die in bekannter Weise über einen
Schaltring 2o axial verschiebbar ist und auf der Innenseite mehrere durchgehende
Längsnuten 43 (Fig. 2) aufweist. In diese greift ein Sperring 16 mit entsprechenden
-achsparallelen Stegen 99 ein, deren Gestaltung aus Fig. 2 ersichtlich und später
näher beschrieben ist. Der Sperring 16, der beschränkt verschieb- und verdrehbar
zwischen der Kupplungsmuffe 13 und der Schaltmuffe I9 gleitet, hat an beiden Endteilen
ioo kegelförmige Reibflächen 17 und 18, denen entsprechende Gegenreibflächen 22
bzw. 21 an den Zahnrädern 6 bzw. d, gegenüberstehen.
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Links vom Zahnrad 4 ist eine in Längsnuten 23 auf der Welle i verschiebbare
Bremsscheibe 2q. derart angeordnet, daß sie durch eine am Widerlager 25 abgestützte
Feder 26 gegen einen Bund 27 der Welle nach rechts gedrückt wird, wobei zwischen
dem Ansatz 28 der Bremsscheibe und dem Bund 29 der benachbarten Lagerbuchse 95 a
des Zahnrades d. gerade noch das für einen freien Lauf des letzteren erforderliche
Spiel verbleibt. Mit der kegeligen Reibfläche 30 ist die Bremsscheibe 24,
an eine am Getriebegehäuse 2 angebrachte entsprechende Gegenreibfläche 31 anpreßbar.
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Rechts vom Zahnrad 6 befindet sich noch ein frei drehbares Hilfszahnrad
32, das zum Einsparen an Baulänge nicht auf der Welle i selbst, sondern mittels
der eingepreßten Buchse 98 auf der Nabe 33 des eingebuchteten Radkörpers des Zahnrades
6 gelagert ist. Es hat einen etwas kleineren Teilkreisdurchmesser als das Zahnrad
6 und steht mit einem am Zahnrad 7 angeschraubten Hilfszahnkranz 34 im Eingriff.
Die in Längsnuten der Welle i verschiebbare Scheibe 35 wird durch die Feder 36 gegen
den Bund 37 der Welle i nach links gedrückt, wobei zwischen der Scheibe und den
Bunden 38 und 39 der Lagerbuchsen 96 a bzw. 98 gerade noch das für einen freien
Lauf der Zahnräder 6 und 32 erforderliche Spiel verbleibt. An ihrem rechten Ende
stützt sich die Feder 36 an der auf der
Welle I befestigten Reibscheibe
4o ab. An deren kegelige Reibfläche 4I ist das Hilfszahnrad 32 mit einer an ihm
angebrachten entsprechenden Gegenreibfläche 42 anpreßbar.
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Die verschiedenen Reibflächenpaare sind so bemessen, daß bei gleichem
Axialschub an den Reibflächenpaaren 30 und 3I bzw. 4I und 42 ein größeres Moment
übertragbar ist als an den Reibflächen I8 und 2I bzw. I7 und 22. Die Endstellungen
des Schaltringes 20 sind durch am Gehäuse 2 angeordnete feste Anschläge 46 und 47
begrenzt.
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Den beweglichen Teilen auf der Welle I wird das Schmiermittel durch
die mittige Längsbohrung 56 in dieser Welle sowie durch die anschließenden Querbohrungen
57, 58, 58a, 59 und 6o hindurch zugeführt.
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Fig.2 zeigt Einzelheiten der Gestaltung der durch die Längsnuten 43
der Schaltmuffe I9 hindurchgreifenden Stege 99 des Sperringes I6. Die Stege sind
in ihrem mittleren Teil auf eine Länge, die etwas größer als die Breite der Schaltmuffe
I9 ist, in Umfangsrichtung wesentlich schmaler als die Aussparungen 43 der Schaltmuffe
und springen nach beiden Enden zu etwa bis zur Breite dieser Aussparungen vor. Die
Stegverbreiterungen liegen jedoch auf verschiedenen Seiten des Steges, so daß die
Schaltmuffe I9 in der in Fig.2 dargestellten Lage des Sperringes I6 zwar in ihre
linke, nicht aber in ihre rechte Endstellung verschoben werden kann. Um die Reibung
zwischen den Stufenflächen 44 und 45 der Stegverbreiterungen und den Stirnflächen
Io4 bzw. IoI der Schaltmuffe I9 zu vermindern, ist die letztere an den zur Anlage
kommenden Stellen mit auf Bolzen 7I lose drehbaren Rollen 72 versehen.
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Die Arbeitsweise der Kupplung ist .folgende: Beim Anfahren ist zunächst
die langsamere Gangstufe eingeschaltet, d. h. die Schaltmuffe I9 und die Kupplungsmuffe
I3 befinden sich in ihrer rechten Endstellung, so daß die Antriebswelle I über die
Zähne 9, I4 und II mit dem Zahnrad 6 und damit über das Zahnrad 7 mit der Abtriebwelle
3 verbunden ist. Die Drehzahl n der Antriebswelle I ist bis zum Umschaltpunkt verhältnisgleich
zur Fahrgeschwindigkeit V, was im Schaubild der Fig. 3 der geraden Linie 48-49 entspricht.
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Zum Umschalten auf die schnellere Gangstufe wird die Leistungsübertragung
auf die Antriebswelle I unterbrochen und die Kupplungsmuffe I3 mittels des Schaltringes
20 und der Schaltmuffe I9 nach links verschoben. Sind diese dabei in ihre in Fig.
I dargestellte Mittellage gelangt, so legt sich zunächst die Schaltmuffe I9 mit
den an ihrer linken Stirnfläche Io4 befindlichen Rollen 72 gegen die Stufenflächen
44 der Stege 99 des Sperringes I6 an und verschiebt diesen etwas nach links, wobei
die Reibflächen I8 und 2I gegeneinandergepreßt werden, das Zahnrad 4 ebenfalls nach
links verschoben wird und somit die noch stärker wirkenden Reibflächen 30 und 3I
ebenfalls zur Anlage gebracht werden. Hierdurch wird der Sperring I6 auf Gleichlauf
mit dem bisher mit kleinerer Drehzahl leer mitlaufenden Zahnrad 4 gebracht, während
die Welle I noch über diesen Wert hinaus (der dem Punkt 5o im Schaubild der Fig.
3 entspricht) weiter abgebremst wird. Dabei bleibt also die mit ihr verbundene Schaltmuffe
I9 gegenüber den Stegen 99 des Sperringes I6 in der Drehzahl zurück, so daß diese
Teile die in Fig. 2 dargestellte gegenseitige Lage erreichen und damit das weitere
Bewegen der Schaltmuffe I9 und der Kupplungsmuffe I3 in ihre linke Endstellung ermöglichen.
In dieser Stellung ist die Antriebswelle I über die Zähne Io, I5 und 12 mit dem
Zahnrad 4 und damit über das Zahnrad 5 mit der Abtriebwelle verbunden, d. h. die
schnellere Gangstufe ist eingeschaltet (gerade Linie 5I-52 in Fig. 3).
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Soll bei abnehmender Fahrgeschwindigkeit (etwa im Punkt 53 der Fig.
3) wieder auf die langsamere Gangstufe umgeschaltet werden, so wird nach dem Unterbrechen
der Leistungsübertragung der Schaltring 2o mit der Schaltmuffe I9 und der Kupplungsmuffe
I3 nach rechts verschoben. Beim Erreichen der Mittellage legt sich die Schaltmuffe
I9 in der in Fig. 2 dargestellten Weise mit den an ihrer rechten Stirnfläche IoI
befindlichen Rollen 72 an die Stufenflächen 45 der Stege 99 des Sperringes I6 und
verschiebt diesen etwas nach rechts, wobei die Reibflächen I7 und 22 und weiter
durch Verschieben des Zahnrades 6 nach rechts auch die (stärker wirkenden) Reibflächen
42 und 4I gegeneinandergepreßt werden. Hierdurch wird der Sperrring I6 auf die Drehzahl
des bisher schneller mitlaufenden Zahnrades 6 und die Welle I auf die etwas größere
Drehzahl des Hilfszahnrades 32 be schleunigt, so daß die mit der Welle I verbundene
Schaltmuffe I9 gegenüber den Stegen 99 des Sperrringes I6 vorausläuft (aus der in
Fig. 2 gezeichneten Stellung nach oben). Damit wird der weitere Weg der Schaltmuffe
I9 und der Kupplungsmuffe I3 von der Mittellage in die rechte Endstellung frei,
in der die Antriebswelle I wieder über die Zähne 9, I4 und II mit dem Zahnrad 6
gekuppelt und die langsamere Gangstufe eingeschaltet ist. Diesem Schaltvorgang entspricht
die Gerade 53-54-55 im Schaubild der Fig. 3.
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Die obige Darstellung von Aufbau und Wirkungsweise einer Zahnkupplung
gemäß der Erfindung läßt erkennen, daß sowohl die Synchronisiereinrichtung als auch
die Einrichtungen zum Abbremsen bzw. Beschleunigen der Antriebswelle über die Drehzahl
der mit dieser zu kuppelnden Getriebeteilehinaus nur durch eine entsprechende Krafteinwirkung
auf den Schaltring 2o betätigt werden. Diese Krafteinwirkung kann auf verschiedene
Weise, z. B. mechanisch oder hydraulisch, erfolgen.
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Um das Ineingriffbringen der Verzahnungen der miteinander zu kuppelnden
Teile zu erleichtern, sind beispielsweise die Zähne 65 und 66 der Innenverzahnung
14 sowie die Zähne 67 und 68 der entsprechenden Außenverzahnung i i nach Fig. 4
derart gestaltet, daß jeder zweite Zahn etwas zurückgesetzt ist und daß alle Zähne
an ihren unter Kraftwirkung im Abstand voneinander liegenden Rückflächen nach der
Eingriffsseite zu mit Abschrägungen 69 bzw. 70 versehen sind.
Die
Wirkung der Federn 26 und 36 kann dadurch unterstützt werden, daß die Zahnradpaare
4, 5 und 6, 7 statt mit Geradverzahnungen (wie im Beispiel der Fig. I) mit Schrägverzahnungen
versehen werden, und zwar derart, daß sie sich unter Last in Richtung auf die Synchronisiereinrichtung
zu, hier also nach der Mitte zu, verschieben. Eine derartige Anordnung ist in Fig.
5 schematisch dargestellt. Bei dem durch die Pfeile 76 und 77 angegebenen Drehsinn
der Antriebswelle I und der Abtriebwelle 3 müssen die Zahnräder 4, 5, 6 und 7 in
der durch 78, 79, 8o bzw. 81 angedeuteten Weise schrägverzahnt sein, damit die jeweils
belasteten Räder einen Axialschub nach der Mitte zu erhalten.