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Umlaufräderwechselgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge Die vorliegende
Erfindung bezieht sich auf Umlaufräderwechselgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge,
die aus zwei durch zwei elektromagnetische Kupplungen an die Antriebswelle kuppelbaren
Umlaufrädersätzen bestehen. .
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Es sind Umlaufräderwechselgetriebe der genannten Art bekannt, bei
denen das Sonnenrad des ersten Umlaufrädersatzes über eine der elektromagnetischen
Kupplungen und der die Umlaufräder beider Umlaufrädersätze tragende Umlaufräderträger
über die andere der elektromagnetischen Kupplungen mit der Antriebswelle verbindbar
sind und das Ringrad des ersten Umlaufrädersatzes und das Sonnenrad des zweiten
Umlaufrädersatzes über eine doppelte Klauenkupplung mit der Ausgangswelle wahlweise
verbindbar sind. Weiterhin sind bei dem bekannten Getriebe Bremsbänder vorgesehen,
über die das Sonnenrad und das Ringrad des ersten Umlaufrädersatzes wahlweise festlegbar
sind, um verschiedene Vorwärtsgänge zu schalten.
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Bei einem weiteren, bekannten Umlaufräderwechselgetriebe der obengenannten
Art sind zwei hydraulisch betätigbare Reibscheibenkupplungen vorgesehen, von denen
über die eine das Sonnenrad des ersten Umlaufrädersatzes und über die andere der
Umlaufräderträger des ersten sowie das Ringrad des zweiten Umlaufrädersatzes mit
der Antriebswelle wahlweise verbindbar sind. Das Ringrad des ersten Umlaufrädersatzes
ist hierbei mit dem Umlaufräderträger des zweiten Umlaufrädersatzes und der Ausgangswelle
fest verbunden. Um verschiedene Vorwärtsgänge zu schalten, ist auch hier eine Anzahl
Bremsbänder vorgesehen, über die die Sonnenräder des ersten und zweiten Umlaufrädersatzes
und der mit dem Ringrad des zweiten Umlaufrädersatzes verbundene erste Umlaufräderträger
wahlweise festlegbar sind.
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Die obengenannten Umlaufräderwechselgetriebe weisen den Nachteil auf,
daß zur Schaltung verschiedener Vorwärtsgänge außer den zwei elektromagnetischen
bzw. hydraulischen Kupplungen noch verschiedene Bremsbänder betätigt bzw. gelöst
werden müssen. Die Betätigungseinrichtungen für die Bremsbänder, zumeist in Form
von elektromagnetischen oder hydraulischen Hilfseinrichtungen, verteuern den Aufbau
der Umlaufräderwechselgetriebeeinheiten beträchtlich und machen überdies eine häufigere
Wartung des Getriebes, infolge des bei Bremsbändern auftretenden starken Abriebes
der Reibflächen und den dadurch notwendigen Nachstellungen, erforderlich.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten
Umlaufräderwechselgetriebe zu vermeiden und ein Umlaufräderwechselgetriebe zu schaffen,
das außer den elektromagnetischen Kupplungen nur einfache Klauenkupplungen verwendet,
wobei nach Schalten der Fahrtrichtung über die mechanische Klauenkupplung ein Schalten
der Vorwärtsgänge ohne Kraftflußunterbrechung möglich ist. Durch die Vermeidung.
jeglicher Bremsbänder im erfindungsgemäßen Getriebe werden die Herstellungskosten
wesentlich gesenkt und die Wartung des Getriebes erleichtert.
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Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird in einem Umlaufräderwechselgetriebe,
bestehend aus zwei durch zwei elektromagnetische Kupplungen an die Antriebswelle
kuppelbaren Umlaufrädersätzen, wobei das Sonnenrad des ersten Umlaufrädersatzes
über eine der elektromagnetischen Kupplungen und der Umlaufräderträger des ersten
sowie das Ringrad des zweiten Uxnlaufrädersatzes über die andere der elektromagnetischen
Kupplungen mit der Antriebswelle verbindbar sind und das Ringrad des ersten Umlaufrädersatzes
an die Ausgangswelle angeschlossen ist, erfindungsgemäß der Umlaufräderträger des
zweiten Umlaufrädersatzes über eine an sich bekannte doppelte Klauenkupplung in
einer Schaltstellung für die Vorwärtsgänge. mit der Ausgangswelle verbindbar und
in einer anderen Schaltstellung für den Rückwärtsgang an einem ortsfesten Teil des
Getriebegehäuses festlegbar angeordnet.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Umlaufräderwechselgetriebes
liegt in der Möglichkeit, im
ersten. und zweiten Vorwärtsgang eine
Bremsung durchdieAntriebsmaschinebeiBergabfahrt zuerzielen.
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Zu diesem Zweck ist das Sonnenrad des zweiten Umlaufrädersatzes in
an sich bekannter Weise über eine überholkupplung gegen Drehen in eine Richtung
am ortsfesten Teil des Getriebegehäuses festlegbar und erfindungsgemäß eine synchronisierte
Schaltkupplung vorgesehen, durch die das Sonnenrad gegen Drehen in jeder Richtung
festlegbar ist.
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In den Zeichnungen ist ein in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutertes Ausführungsbeispiel des Umlaufräderwechselgetriebes nach der Erfindung
dargestellt. Es zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus des Umlaufräderwechselgetriebes
gemäß der Erfindung, F i g. 2 einen Schnitt durch einen Teil des Umlaufräderwechselgetriebes,
wie es schematisch in F i g. 1 dargestellt ist.
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Das Umlaufräderwechselgetriebe besitzt eine Antriebswelle 1, die eine
Ausgangswelle 2 über Umlaufrädersätze 10 und 12 antreibt. Die Umlaufrädersätze 10
und 12 sind entweder einzeln oder zusammen durch einzeln betätigbare elektromagnetische
Kupplungen 14 und 16 mit der Antriebswelle 1 kuppelbar. Dadurch können zwei ins
Langsame übersetzte Vorwärtsgänge eingeschaltet werden, nämlich ein Langsamgang
mit Drehmomentverzweigung und ein direkter Gang; sowie ein Rückwärtsgang, eine Neutralstellung
und eine Stellung zur Motorbremsung.
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Die Antriebswelle 1 kann mit einer Verbrennungskraftmaschine verbunden
-werden, und zwar kann diese Verbindung direkt über ein Treibteil 18 der
elektromagnetischen Kupplungen 14 und 16 vorgenommen werden.
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Jede der elektromagnetischen Kupplungen 14 und 16 besitzt einen Antriebsteil
20 bzw. 22, der von dem Treibteil 18 beispielsweise durch Magnetpulverkammern
24 und 26 getrennt ist. Der äußere Trommelteil des Triebteiles 18 liegt in radialer
Richtung von der nicht dargestellten Magnetspule durch einen bestimmten Luftzwischenraum
getrennt. Eine Veränderung des Stromes in der Magnetspule wird daher die Relativdrehung
zwischen dem Treibteil 18 und den Antriebsteilen 20 und 22 verändern. Durch
die elektromagnetischen Kupplungen wird daher eine sehr sanfte Beschleunigung oder
Verzögerung der Antriebsteile erreicht. Als ein Ergebnis davon 'erfolgen die Wechsel
in der Drehzahl und Drehrichtung der verschiedenen Getriebeteile, wenn sie mit der
Antriebswelle gekuppelt werden, stufenweise, wobei die Schaltoperationen sehr sanft
verlaufen. Hauptsächlich aus diesem Grunde sind Erschütterungen während des Gangwechsels
des Umlaufräderwechselgetriebes vom Fahrer nicht wahrnehmbar.
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Das Antriebsteil 20 der einen elektromagnetischen Kupplung 14 ist
durch eine Welle 28 mit dem Sonnenrad 30 des ersten Umlaufrädersatzes 10 verbunden.
Der Umlaufrädersatz 10 besitzt mehrere Umlaufräder 32, von denen jedoch nur eines
gezeigt ist, die mit dem Sonnenrad 30 und einem Ringrad 34 im Eingriff stehen. Die
Umlaufräder werden von einem Umlaufräderträger 36 aufgenommen, der sowohl mit dem
Antriebsteil 22 der anderen elektromagnetischen Kupplung 16 als auch mit dem Ringrad
38 des zweiten Umlaufrädersatzes 12 verbunden ist.
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Der Umlaufrädersatz 12 besitzt Umlaufräder 40, die mit dem Ringrad
38 und einem Sonnenrad 42 kämmen. Die Umlaufräder werden von einem Umlaufräderträger
44 getragen.
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Die Ausgangsglieder der Umlaufrädersätze 10 und 12 sind mit der Ausgangswelle
2 verbunden bzw. verbindbar. Dabei erfolgt die Verbindung des Ringrades 34 direkt
durch einen Zwischenteil 46 über eine Keilverzahnung und die Verbindung des Umlaufräderträgers
44 durch eine Klauenkupplung 48. Die Klauenkupplung 48 verbindet entweder den Umlaufräderträger
44 mit der Ausgangswelle zum Schalten der Vorwärtsgänge oder den Umlaufräderträger
44 mit einem ortsfesten Teil 50 des Getriebegehäuses zum Einschalten des
Rückwärtsganges, wie noch später erläutert wird.
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Das Sonnenrad 42 wird zur Ausschaltung einer Rückwärtsdrehung oder
einer Drehung entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn festgehalten, während eine Drehung
im Uhrzeigersinn durch eine überholkupplung 52 möglich ist. Der Außenring der überholkupplung
52 ist mit dem ortsfesten Teil 50 verbunden. Dadurch ist der zweite Umlaufrädersatz
12 durch die Sperrwirkung der Überholkupplung bei einer Rückwärtsdrehung des Sonnenrades
42 in den Rückwärtsgang geschaltet. Zum Schalten einer Maschinenbremsung wird die
überholende Drehung des Sonnenrades 42 im Uhrzeigersinn durch eine synchronisierte
Schaltkupplung 54 verhindert. Diese synchronisierte Schaltkupplung 54 ist mit dem
Sonnenrad verbunden und kann in Eingriff mit dem ortsfesten Teil 50 gebracht werden.
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In der F i g. 2 sind die Klauenkupplung 48 sowie die Überholkupplung
52 und die synchronisierte Schaltkupplung 54 im Detail dargestellt. Der Umlaufräderträger
44 des zweiten Umlaufrädersatzes 12 ist durch eine Keilverzahnung mit einem Ende
einer Hohlwelle 56 verbunden. Diese Hohlwelle 56 ist drehbar unter Zwischenschaltung
von Hülsen auf der Ausgangswelle 2 gelagert. Nicht drehbar aber verschieblich auf
einem Ende der Hohlwelle 56 befindet sich die doppeltwirkende Klauenkupplung 48.
Die Klauenkupplung ist in ihrer Neutralstellung gezeigt, und ihre Schiebemuffe besitzt
Zähne 58, die entweder in die Zähne 60 einer Trommel 62 eingreifen, wobei die Trommel
auf der Ausgangswelle 2 sitzt, oder aber sie befinden sich im Eingriff mit Zähnen
64, die auf dem ortsfesten Teil 50 des Getriebegehäuses vorgesehen sind. Das ortsfeste
Teil 50 ist durch eine Keilverzahnung 66 mit dem Getriebegehäuse verbunden.
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Das ortsfeste Teil 50 hat einen Abschnitt 68, in dem eine Ringnut
für die Überholkupplung 52 vorgesehen ist. Diese Ringnut ist durch Sperrelemente
70 von dem Innenring 72 getrennt. Der Innenring 72 ist durch eine Keilverzahnung
mit einem axialen Fortsatz des Sonnenrades 42 verbunden. Weiterhin besitzt das ortsfeste
Teil 50 eine konische Reibfläche 74 und Zähne 76, die mit der synchronisierten Schaltkupplung
54 und somit mit dem Sonnenrad 42 zusammenarbeiten.
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Die synchronisierte Schaltkupplung besitzt die übliche Form und besteht
aus einer Schiebemuffe 78, die axial verschieblich aber nicht drehbar durch eine
Keilverzahnung über einen Flansch 80 mit dem Sonnenrad 42 verbunden ist. Ein Druckstück
82 verbindet die Schiebemuffe und den Flansch mit einem Synchronring 84. Der Synchronring
84 besitzt eine innenliegende konische Reibfläche 85, die mit der konischen Reibfläche
74 nach einer axialen Bewegong
der Schiebemuffe 78 und des Druckstückes
82 nach rechts zusammenarbeitet. Wenn die Drehung des Sonnenrades 42 durch die Wirkung
der Reibflächen abgebremst ist, kommen die Zähne der Schiebemuffe mit Zähnen 88
auf dem Synchronring 84 und mit den Zähnen 76 des ortsfesten Teiles 50 in Eingriff,
wodurch das Sonnenrad festgehalten wird.
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Wie oben bereits beschrieben, verhindert die überholkupplung 52 eine
Drehung des Sonnenrades 42 nur bei einer Rückwärtsdrehung, d. h. bei einer Drehung
entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn. Kommt die synchronisierte Schaltkupplung 54 zum
Einsatz, so wird eine Drehung des Sonnenrades in jeder Richtung verhindert. Um das
zu erreichen, ist die Schiebemuffe 78 mit einer Ringnut 90 ausgestattet, die zu
jeder Zeit durch einen vom Fahrer betätigten und nicht dargestellten Hebel zur axialen
Bewegung der Schiebemuffe und des Synchronringes 84 verschoben werden kann.
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Die Umlaufrädersätze 10 und 12 können zum Erzielen von Vorwärtsgängen
auf drei verschiedene Weisen eingeschaltet werden: Es kann die elektromagnetische
Kupplung 14 eingeschaltet sein oder die elektromagnetische Kupplung 16, oder aber
beide elektromagnetische Kupplungen 14 und 16 können eingeschaltet werden, wodurch
ein direkter Gang erreicht wird. Wirkungsweise des Umlaufräderwechselgetriebes Neutralstellung
Wenn die Antriebsmaschine läuft, verhindert ein Abschalten des Stromes zu den elektromagnetischen
Kupplungen 14 und 16 eine übertragung des Drehmomentes von der Antriebswelle 1 zu
den Zahnrädern des Umlaufräderwechselgetriebes, wodurch kein Drehmoment übertragen
wird. Wenn es wünschenswert ist, kann eine nicht dargestellte Park-Sperreinrichtung
vorgesehen werden, die mit Zähnen 92 der Trommel 62 auf der Ausgangswelle 2 zum
Eingriff kommt und eine Drehung der Ausgangswelle verhindert. Vorwärtsgänge Zum
Einschalten des langsamen Vorwärtsganges wird die Klauenkupplung 48 so verschoben,
daß der Umlaufräderträger 44 mit der Trommel 62 verbunden wird, wobei die elektromagnetische
Kupplung 14 eingeschaltet ist. Die elektromagnetische Kupplung 16 und die synchronisierte
Schaltkupplung 54 sind für diesen Fall nicht eingerückt. Eine Vorwärtsdrehung, d.
h. eine Drehung im Uhrzeigersinn, der Antriebswelle 1 bewirkt, daß das Antriebsteil
20 und das Sonnenrad 30 vorwärts angetrieben werden. Dadurch wird der Umlaufräderträger
36 und das Ringrad 38 mit einer langsamen Drehzahl in derselben Drehrichtung angetrieben.
Das Ringrad 34 wirkt zu dieser Zeit als ein Reaktionsglied, da es mit der Ausgangswelle
2 verbunden ist. Die Vorwärtsdrehung des Ringrades 38 versucht das Sonnenrad 42-um
den ortsfest abgestützten Umlaufräderträger 44 rückwärts zu drehen. Diese Bewegung
wird durch die Sperrwirkung der überholkupplung 52 verhindert. Der zweite Umlaufrädersatz
12 übersetzt ins Langsame, wodurch der Umlaufräderträger 44 die Ausgangswelle 2
mit einer langsamen, durch die gekoppelte Wirkung der beiden Umlaufrä-dersätze bestimmten
Drehzahl antreibt. Im ersten Gang wird somit eine aufgespaltene Drehmomentübertragung
dadurch erreicht, daß die Ausgangswelle 2 zur gleichen Zeit von dem Ringrad 34 und
von dem Umlaufräderträger 44- angetrieben wird. Das übersetzungsverhältnis hängt
selbstverständlich von den Zähnezahlen der Zahnräder ab.
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Der zweite Gang wird allein durch den zweiten Umlaufrädersatz 12 erzielt,
während der erste Umlaufrädersatz 10 leer umläuft. Zum Einschalten des zweiten Ganges
wird die elektromagnetische Kupplung 14 gelöst und die elektromagnetische Kupplung
16 eingerückt, während die anderen Verbindungen die gleichen bleiben wie bei eingeschaltetem
ersten Gang. Entsprechend treibt die Antriebswelle 1 den Umlaufräderträger 36 und
das Ringrad 38 in Vorwärtsdrehung an, wodurch der Umlaufräderträger 44 und die Ausgangswelle
2 in derselben Drehrichtung mit einer übersetzung angetrieben wird, die allein durch
die Zähnezahlen des zweiten Umlaufrädersatzes 12 bestimmt wird.
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Wenn eine Bremsung durch die Antriebsmaschine während des ersten oder
zweiten Vorwärtsganges vorgenommen werden soll, muß zusätzlich die synchronisierte
Schaltkupplung 54 eingerückt werden, wodurch das Sonnenrad 42 mit dem ortsfesten
Teil 50 gekuppelt wird. Dadurch wird der zweite Umlaufrädersatz 12 auf eine übersetzung
ins Langsame geschaltet. Jeder Antrieb des Umlaufräderwechselgetriebes durch die
Ausgangswelle 2 wird somit durch den zweiten Umlaufrädersatz über den Umlaufräderträger
36 und die elektromagnetische Kupplung 16 oder das Sonnenrad 30 und die elektromagnetische
Kupplung 14 auf die Antriebswelle 1 übertragen.
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Der dritte oder direkte Gang wird durch gleichzeitiges Einschalten
der elektromagnetischen Kupplungen 14 und 16 erreicht. Eine Drehung im Uhrze*gersinn
der Antriebswelle 1 treibt gleichzeitig das Sonnenrad 30 und den Umlaufräderträger
36 mit einer gleichen Drehzahl, wodurch der erste Umlaufrädersatz 10 in sich gesperrt
wird und eine Drehung des Ringrades 34 und der Ausgangswelle 2 mit der Drehzahl
der Antriebswelle erreicht wird. Der zweite Umlaufrädersatz 12 ist in gleicher Weise
mit dem Umlaufräderträger 44 verbunden und das Ringrad 38 wird mit derselben Drehzahl
angetrieben. Das Sonnenrad 42 dreht frei mit durch die überholwirkung der überholkupplung
52. Rückwärtsgang Der Rückwärtsgang wird durch eine Verschiebung der Klauenkupplung
48 nach links eingeschaltet. Dadurch ist diese nicht mehr im Eingriff mit der Trommel
62 und verbindet den Umlaufräderträger 44 mit dem ortsfesten Teil 50. Wenn die elektromagnetische
Kupplung 14 eingerückt wird und die elektromagnetische Kupplung 16 und die synchronisierte
Schaltkupplung 54 nicht eingerückt werden, wird eine Drehung der Antriebswelle 1
im Uhrzeigersinn das Sonnenrad 30 in Vorwärtsrichtung antreiben. Da die Ausgangswelle
2 und das Ringrad 34 durch das Gewicht des stehenden Fahrzeuges belastet sind, versucht
der Umlaufräderträger 36 nach vorwärts zu drehen und dreht das Ringrad 38 in die
gleiche Richtung. Es ist jedoch der Umlaufräderträger 44 gegen Drehung festgelegt,
weiterhin ist das Sonnenrad 42 gegen eine Rückwärtsdrehung durch die Einwirkung
dir überholkupplung 52 gesichert. Deshalb werden sowohl der zweite Umlaufrädersatz
12 als auch der Umlaufräderträger 36 festgehalten, wodurch eine
Rückwärtsdrehung
oder eine Drehung entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn des Ringrades 34 erreicht wird.
Diese Drehung treibt die Ausgangswelle in einer Drehrichtung an, die der Drehrichtung
der Antriebswelle 1 entgegengesetzt ist.
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Die Steuereinrichtung und die mechanische Verbindung zum wahlweisen
Einschalten der elektromagnetischen Kupplungen 14 und 1'6 sowie der synchronisierten
Schaltkupplung 54 und der Klauenkupplung 48 sind nicht dargestellt, da sie nicht
Teil der Erfindung sind und auch nicht zum Verständnis der Erfindung notwendig sind.
Es genügt hier die Angabe, daß der Fahrer anfangs die Klauenkupplung 48 zu betätigen
hat, um das Umlaufräderwechselgetriebe für die Fahrtrichtung zu schalten. Die gleiche
Betätigungsvorrichtung kann selbstverständlich dazu benutzt werden, das Einrücken
der einen oder der beiden elektromagnetischen Kupplungen zu bewirken, je nachdem,
welche Übersetzung gewünscht ist. Weiterhin kann durch eine selbsttätige Schaltvorrichtung
die Schaltung zwischen den verschiedenen Vorwärtsgängen in bekannter Weise erfolgen.