DE1030692B

DE1030692B - Synchronisierungseinrichtung fuer schwere, grosse Leistungen uebertragende Zahnradwechselgetriebe, insbesondere fuer Strassen- und Schienenfahrzeuge

Info

Publication number: DE1030692B
Application number: DEB34921A
Authority: DE
Original assignee: EGON MARTYRER DR ING
Current assignee: EGON MARTYRER DR ING
Priority date: 1955-03-17
Filing date: 1955-03-17
Publication date: 1958-05-22

Description

Synchronisierungseinrichtung für schwere, große Leistungen übertragende Zahnradwechselgetriebe, insbesondere für Straßen- und Schienenfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf eine Synchronisierungseinrichtung für schwere, große Leistungen übertragende Zahnradwechselgetriebe, insbesondere für Straßen- und Schienenfahrzeuge, mit einer Schaltmuffe und je einer Klauenkupplung zwischen der Antriebswelle und den koppelbaren Zahnrädern sowie einer dazwischen angeordneten, bei ungleicher Klauendrehzahl wirksamen Sperrvorrichtung aus gegeneinander verdrehbaren. und elastisch miteinander verbundenen sowie an den aufeinandertreffenden Stirnseiten abgeschrägten Sperrnocken an der Schaltmuffe der Klauenkupplung und einem Tragring einer mit diesem verbundenen und zwischen der Sperrvorrichtung und dem koppelbaren Zahnrad wirksamen Reibkupplung.
Bei diesen Synchronisierungseinrichtungen treten die Sperrnacken der Sperrvorrichtung bei einem Gangwechsel vor dem Erreichen des Gleichlaufes der Antriebswelle und des zu kuppelnden Zahnrades in den Schaltweg der Kla.uenkupplung, um diese vor dem Zerstören durch ein vorzeitiges Einrücken zu schützen. Die Stirnseiten der Sperrnocken an der Schaltmuffe und der Reibkupplung sind hierbei unter einem Neigungswinkel zur Umfangsrichtung dachartig abgeschrägt, der größer als der Reibungswinkel ist, wodurch die Schaltbewegung erleichtert werden soll. Bei einer solchen Ausbildung der Sperrnocken ist es jedoch möglich, die Sperrung durch Gewaltanwendung zu überwinden und die Klauen. vor Erreichen des Gleichlaufes in Eingriff zu bringen, so daß es bei Zahnräderwechselgetrieben für Straßen- und Schienenfahrzeuge, die große Leistungen zu übertragen haben, zu schweren Beschädigungen der Klauenkupplung und der Getriebezahnräder kommen kann.
Des weiteren ist bei den Synchronisierungseinrichtungen dieser Art zum elastischen Verbinden der gegeneinander verdrehbaren Sperrnocken ein Zwischenring mit mehreren zahnartigen Vorsprüngen zwischen einem Schaltmuffenträger und der Reibkupplung sowie eine Schraubenfeder vorgesehen, die mit einem Ende am Schaltmuffenträger und mit dem anderen Ende am Zwischenring angeordnet ist und in entgegengesetzter Drehrichtung wirkt. Durch diese elastische Verbindung sollen die zahnartigen Vorsprünge des Zwischenringes während des ungleichen Laufes der Getriebezahnräder vor den Klauen in Sperrstellung gebracht werden. Beim Erreichen des Gleichlaufes dieser Zahnräder müssen die Vorsprünge mit Hilfe von Abschrägungen an diesen entgegen der Federspannung zurückgedreht werden, um den Klauen den Durchtritt zwischen den Vorsprüngen zu verschaffen. Diese Ausbildung kommt daher nur für Zahnradwechselgetriebe von Kraftfahrzeugen kleiner Leistung in Betracht, weil das Schalten der Klauenkupplung durch die entgegen der Synchronisierungseinrichtung wirkende Schraubenfeder erschwert wird. Außerdem ist auch bei diesen Synchronisierungseinrichtungen ein Gewaltschalten der Klauenkupplung vor dem Erreichen des Gleichlaufes der Getriebezahnräder möglich.
Durch den Erfindungsgegenstand wird nun. die Aufgabe gelöst, die Synchronisierungseinrichtung mit den Merkmalen nach dem eingangs erläuterten Gattungsbegriff für schwere Fahrzeuge bzw. für hohe Leistungen übertragende Zahnräderwechselgetriebe so auszubilden, daß die Sperrung bei ungleicher Drehzahl der zu kuppelnden Getriebezahnräder einerseits auch bei Gewaltanwendung nicht überwunden werden kann und daß zugleich die Getriebezahnräder andererseits beim Erreichen des Gleichlaufes praktisch hemmungs-und lastfrei schaltbar sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die Abschrägung zur Umfangsrichtung der aufeinandertreffenden Stirnseiten der Sperrnocken kleiner als der Reibungswinkel ist und die Sperrnocken elastisch nachgiebig miteinander verbunden sind, derart, daß bei gegeneinander verdrehten Klauen ein Rückdrehmoment entsteht, das bei gleicher Drehzahl der Klauen deren praktisch lastfreies Einrücken ermöglicht.
Durch diese: Maßnahmen wird nicht nur eine unüberwindbare Sperrung der Gänge des Zahnradwechselgetriebes bei ungleicher Drehzahl der zu kuppelnden Zahnräder und damit ein größtmöglicher Schutz des Getriebes erreicht, sondern darüber hinaus bei Gleichlauf der Klauen, der Klauenkupplung infolge der Speicherung des Rückdrehmomentes durch die vom Bekannten abweichende elastische Verbindung der Sperrnocken eine verläßliche Rückführung und ein leichtes Einrücken der Klauen gewährleistet.
In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt. Es zeigt Abb. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil der Synchronisierungseinrichtung mit einer Schraubenfeder als elastisch nachgiebige Verbindung zwischen dem Muffenträger und dem die Sperrnocken aufweisenden Tragring, Abb. 2 die Ansicht eines Teiles der Schaltmuffe mit den Klauen des die Sperrnocken aufweisenden Tragringes und eines die Gegennocken tragenden Zahnrades des Zahnradwechselgetriebes, Abb. 3 einen Längsschnitt durch einen Teil der Synchronisierungseinrichtung eines zweiten Ausführungsbeispiels mit einem die Sperrnocken tragenden Gummiring als elastisch nachgiebige Verbindung zwischen der Antriebswelle und den Sperrnocken, Abb. 4 einen Längsschnitt durch einen Teil der Synchronisierungseinrichtung eines dritten Ausführungsbeispiels mit zwei Fliehkraftreglern als nachgiebige Verbindung zwischen der Antriebswelle und den Sperrnocken und Abb. 5 einen Schnitt nach der Linie A-B in der Abb. 4.
Bei allen Ausführungsbeispielen des Erfindungsgegenstandes ist jeweils ein Zahnradwechselgetriebe vorgesehen, das zur Übertragung großer Leistungen, wie sie bei Schienenfahrzeugen auftreten, mit Klauenkupplungen ausgerüstet ist und zum Vermeiden des Einschaltens außerhalb der Drehzahlgleichheit eine Synchronisierungseinrichtung aufweist. Hierzu ist die mit dem Antriebsmotor des Schienenfahrzeuges verbundene Antriebswelle 1 des Zahnradwechselgetriebes zwischen den lose drehbar, jedoch nicht verschiebbar gelagerten Zahnrädern 2, von denen nur eines in der Zeichnung dargestellt ist, als Keilwelle 3 ausgebildet.
Beim Ausführungsbeispiel nach den Abb. 1 und 2 ist auf der einen Teil der Antriebswelle 1 bildenden Keilwelle 3 ein Muffenträger 4 axial verschiebbar, jedoch undrehbar angeordnet, der eine Schaltmuffe-5 mit an beiden Stirnseiten vorgesehenen. Klauen 6 trägt. Die Schaltmuffe 5 ist auf dem Muffen.träger 4 gleichfalls mittels Keilnuten bzw. Keilrippen 7 undrehbar angeordnet und wird mittels einer im Muffenträger 4 vorgesehenen und in eine Ringnut 8 der Schaltmuffe 5 eingreifenden Kugelroste 9 in der Mittelstellung ausrastbar gehalten. Der Außenmantel der Schaltmuffe 5 weist eine Ringnut 10 auf, in die eine Schaltgabel 11 eingreift.
Auf der Nabe 12 des Muffenträgers 4 ist eine Büchse 13 mittels eines Kugellagers 14 gelagert, an deren dem Muffenträger 4 abliegenden Ende ein Tragring 15 flanschartig angeordnet ist. An diesem Ring ist ein mit einem kegelförmigen Außenmantel ausgebildeter Reibkegel 16 einer Reibkupplung 17 befestigt, 'denn im Zahnrad 2 eine entsprechende Ausnehmung 18 zugeordnet ist. Der Reibkegel 16 trägt auf seiner dem Muffen-träger 4 zugekehrten Stirnseite Sperrnocken 19, denen auf der Schaltmuffe 5 gleichartige Sperrnocken 20 zugeordnet bzw. deren Klauen 6 als solche ausgebildet sind. Die auf der Nabe 12 des Muffenträgers 4 angeordnete Büchse 13 ist von einer Schraubenfeder 21 umschlossen, deren eines Ende in einer Bohrung 22 des Muffenträgers 4 und deren anderes Ende in einer Bohrung 23 des Tragringes 15 steckt. Beim Vorschub des Muffenträgers 4 gegen das Zahnrad 2 der einzuschaltenden Schaltstufe greift der Reibkegel 16 in die Ausnehmung 18 des Zahnrades 2 ein., wodurch die Reibkupplung 17 wirksam wird. Infolge der zunächst noch ungleichen Drehzahl des Zahnrades 2 gegenüber der Antriebswelle 1 wird der Reibkegel 16 mit den. Sperrnocken 19 in Drehrichtung des Zahnrades 2 verdreht, so daß die Stirnflächen der einander gegenüberliegenden Sperrnocken 19, 20 im Zuge des Einrückvorganges aufeinander auftreffen und den weiteren Vorschub der Schaltmuffe 5 auf denn Muffenträger 4 bis zu ihrem Gleichlauf sperren. Erfindungsgemäß sind hierbei die Stirnseiten der Sperrnocken 19, 20 in deren Umfangrichtung dachartig unter einem Neigungswinkel abgeschrägt, der kleiner als der Reibungswinkel ist. Daher lassen sich die Klauen 6 auch bei Gewaltanwendung nicht in Eingriff bringen, wodurch diese gegen Beschädigen infolge ihrer ungleichen Drehzahl geschützt sind. Ferner ist die Schraubenfeder 21 so zwischen dem Muffenträger 4 und dem Tragring 15 angeordnet, daß sie beim Verdrehen des Reibkegels 16 in Drehrichtung des Zahnrades 2 gespannt wird. Zur Begrenzung der Verdrehung der Sperrnocken 19 sind an deren Stirnfläche Nasen 24 als Anschläge vorgesehen (Abb. 2), die sich in der Endstellung der Sperrnocken 19 an der Seitenfläche der Klauen 6 abstützen. Hierbei wird das Zahnrad 2 durch die Reibkupplung 17 abgebremst. Beim Erreichen des Gleichlaufes des Zahnrades 2 mit der Antriebswelle 1 bzw. der Klauen 6 und den gegenüberliegenden Klauen 6 am Zahnrad 2 wird der Tragring 15 mit den Sperrnocken 19 durch die Schraubenfeder 21 aus der Sperrstellung in die Schaltstellung zurückgedreht, so daß nunmehr die Klauen 6 der Schaltmuffe 5 mit denen des Zahnrades 2 durch den hierbei ermöglichten weiteren Vorschub der Schaltmuffe 5 bei gleichzeitiger Überwindung der Hemmung durch die Kugelroste 9 lastfrei in Eingriff gebracht werden können.
Das zweite Ausführungsbeispiel nach Abb. 3 unterscheidet sich von dem nach den Abb. 1 und 2 im wesentlichen dadurch, daß der Tragring 15' für die Sperrnocken 19'- sowie der Reibkupplung 17 als eine Gummihülsen.feder ausgebildet ist. Hierbei dient die innere Hülse 15 a zum Befestigen des Tragringes 15' auf einer als Muffenträger dienenden Büchse 25, die auf der Keilwelle3' verschiebbar, jedoch undrehbar angeordnet ist, während die äußere Hülse 15b die Sperrnocken 19' und den Reibring der Reibkupplung 17' aufweist. Durch die Elastizität des Tragringes 15' wird bei erzieltem Gleichlauf das Rückdrehen der Sperrnocken 19' ermöglicht. Auf der Büchse 25 ist die Schaltmuffe 5' angeordnet und mittels Keilnuten bzw. Keilrippen 26 axial verschiebbar und undrehhar auf ihr geführt. Die Mittelstellung der Schaltmuffe 5' auf der Büchse 25 wird durch eine in dieser Muffe angeordnete Kugelroste 9' ausrastbar eingehalten, deren Kugel in eine Quernut 27 in den Keilrippen 26 einrastet. Die Reibkupplung 17' zwischen dem Zahnrad 2' und dem Tragring 15' ist als Lamellen:reibkupplung ausgebildet. Beim Verschieben der Schaltmuffe 5' gegen das Zahnrad 2' kommen die Lamellen der Reibkupplung 17' in gegenseitigen Eingriff, so daß der elastische Tragring 15' mit den Sperrnocken 19' in die Sperrstellung gedreht und hierbei ein Rückdrehmoment gespeichert wird. Es entfällt daher sowohl die Schraubenfeder 21 als auch das Kugellager 14 nach Abb. 1.
Beim dritten Ausführungsbeispiel nach Abb. 4, das für besonders schwere Schaltgetriebe vorgesehen ist, ist gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 1 zum Rückdrehen der Sperrnocken 19" an Stelle der Schraubenfedern 21, für jede Schaltstufe eine Fliehkraftregelvorrichtung 28 vorgesehen, die jeweils aus zwei Fliehkraftreglern 28a und 28 b besteht, von denen einer vom Zahnrad 2" und der andere von der Antriebswelle 1" angetrieben wird. Jeder Fliehkraftregler 28 a, 28 b ist von einem fest auf der Nabe des Zahnrades 2" bzw. unmittelbar auf der Antriebswelle 1" angeordneten tellerförmigen Gehäuse 29 gebildet, deren kegelfärmig nach innen gewölbte Innenfläche als Laufbahn für Fliehkraftkugeln 30 dient. Im Innern des von diesen Gehäusen eingeschlossenen Raumes ist je eine flanschartige, lose, jedoch uridrehbar auf der Nabe des Zahnrades 2" bzw. auf der Antriebswelle 1" gelagerte, im Querschnitt L-förmige Scheibe 31 angeordnet, welche die Stützlager 31a eines doppelseitigen Axialkugellagers 32 einschließen und durch Schraubenfedern 33 zusammengehalten werden. Zwischen je einem Gehäuse 29 und einer L-förmigen Scheibe 31 sind die Fliehkraftkugeln 30 frei beweglich angeordnet. Die Mittelscheibe 34 des Axialkugellagers 32 weist an diametral gegenüberliegenden Stellen des Mantels je einen Bolzen 35 auf. Jeder Bolzen 35 greift durch je eine schraubengangförmige Schlitzführung 36 (Abb. 5) in einen am Rand eines der Gehäuse 29 angeordneten zylindrischen Mantel 37 (Abb. 4) und in einen axialen Schlitz 38 eines Ringes 39 ein, der in einem hohlzylindrischen Fortsatz 40 der Schaltmuffe 5" für den Reibkegel 16" der Reibkupplung 17" frei drehbar gelagert ist. Bei größerer Drehzahl des Zahnrades 2" gegenüber der Antriebswelle 1" wird unter der Wirkung der Fliehkraft der Laufbahndurchmesser der dem Zahnrad 2" zugeordneten Fliehkraftkugeln 30 gegenüber derLauf -bahn der der Antriebswelle 1" zugehörigen Fliehkraftkugeln 30 vergrößert. Hierdurch wird die Mittelscheibe 34 des Axialkugellagers 32 entgegen der Wirkung der auf der Antriebswelle 1" angeordneten Schraubenfeder 33 verschoben, wodurch mittels der Balzen 35 der Ring 39 in Umfangsrichtung in die Sperrstellung der Sperrnocken 19" verdreht wird. Sobald durch Abbremsen des Zahnrades 2" mittels der zwischen diesem und dem Fortsatz 40 der Schaltmuffe 5" vorgehenen Reibkupplung 17" der Gleichlauf mit der Antriebswelle 1" hergestellt ist, verschiebt sich die Mittelscheibe 34 des Axialkugellagers 32 unter der Wirkung der zusammengedrückten Schraubenfeder 33 gegen das Zahnrad 2". Durch diese Verschiebung wird mittels der Balzen 35 der Ring 39 entgegen der Drehrichtung des Zahnrades 2" verdreht und hierbei die Sperrnocken 19" aus der Sperrstellung gebracht sowie der Schaltweg der Klauen 6" freigegeben.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Synchronisierungseinrichtung für schwere, große Leistungen übertragende Zahnra,dwechselgetriel>e, insbesondere für Straßen- und Schienenfahrzeuge, mit einer Schaltmuffe und je einer Klauenkupplung zwischen der Antriebswelle und den kuppelbaren Zahnrädern sowie einer dazwischen angeordneten, bei ungleicher Kla,uendrehzahl wirksamen Sperrvorrichtung aus gegeneinander verdrehbaren und elastisch miteinander verbundenen sowie an den aufeinandertreffenden Stirnseiten abgeschrägten Sperrnocken an der Schaltmuffe der Klauenkupplung und einem Tragring einer mit diesem verbundenen und zwischen der Sperrvorrichtung und dem kuppelbaren Zahnrad wirksamen Reibkupplung, dadurch gekennzeichnet, da,ß die Abschrägung zur Umfangsrichtung der aufeinandertreffenden Stirnseiten der Sperrnocken kleiner als der Reibungswinkel ist und die Sperrnocken elastisch nachgiebig miteinander verbunden sind, derart, daß bei gegeneinander verdrehten Klauen ein Rückdrehmoment entsteht, das bei gleicher Drehzahl der Klauen deren praktisch lastfreies Einrücken ermöglicht.
2. Synchronisierungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als elastisch nachgiebige Verbindung zwischen den gegeneinander verdrehbaren Sperrnocken (19, 20) eine beim Gleichlauf der Sperrnocken praktisch uriges pannte Schraubenfeder (21) vorgesehen ist, die mit einem Ende am Muffenträger (4) und mit dem anderen Ende an dem Tragring (15) für die Sperrvorrichtung und die Reibkupplung (17) befestigt ist.
3. Synchronisierungseinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Stelle eines Tragringes (15) eine ringförmige Gummihülsenfedier vorgesehen ist, die mit der inneren Hülse, (15a) auf dem Muffenträger (Büchse 25) angeordnet ist und deren äußere Hülse (15 b) die Sperrvorrichtung und Reibkupplung (17') trägt.
4. Synchronisierungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Schaltmuffe (5") ein hohlzylindrischer Fortsatz (40) als Träger für den Reibkegel (16") vorgesehen ist, auf dessen Außenmantel ein die Sperrnocken (19") der Sperrvorrichtung aufweisender Ring (39) lose drehbar angeordnet ist, der über eine ächraubengangförrnige Schlitzführung (36) mit diametral einander gegenüberliegenden Bolzen (35) einer durch die Antriebswelle (1") und das zu kuppelnde Zahnrad (2") beeinflußten Fliehkraftre@gelvorrichtung (28) verbunden ist.
5. Synchronisierungseinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, d@aß als Fliehkraftregelvorrichtung (28) und als Träger für die Bolzen (35) die Mittelscheibe (34) eines doppelt wirkenden Axialkugellagers (32) vorgesehen ist, von dem das eine Stützlager (31 a) auf der Antriebswelle (1") und das andere Stützlager (31a) auf der Nabe des kuppelbaren Zahnrades (2") durch Fliehkraftkugeln (30) axial verschiebbar angeordnet ist, die jeweils in einem fest auf der Antriebswelle bzw. auf der Nabe angeordneten Gehäuse (29) geführt sind, von. denen jedes mit dein zugeordneten Stützlager durch eine als elastisch nachgiebige Verbindung dienende Schraubenfeder (33) verbunden ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 481458, 640 428, 885 354, 899 311; deutsche Patentanmeldung M 17847 I1/63 c; USA.-Patentschriften Nr. 1924 875, 2 410 511. Entgegengehaltene ältere Rechte Deutsches Patent Nr. 956 284.