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Mehrgängiges Wechselgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge Die
Erfindung ;betrifft ein mehrgängiges Wechselgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge,
mit einem Vorgelege mit ständig im Eingriff stehenden Zahnradpaaren, die durch Wechselkupplungen
mit Synchronisiereinrichtungen geschaltet werden. Bei den bekannten Getrieben dieser
Bauart ist das Vorgelege dauernd mit angetrieben, und die losen Zahnräder sitzen
auf der getriebenen Welle.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wechselgetriebe zu schaffen,
dessen Beschleunigungs- und Verzögerungskräfte beim Synchronisieren möglichst klein
sind. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die treibende Welle
das Getriebe durchsetzt und mit ihrem Ende in der getriebenen Welle gelagert ist,
die mit dem Vorgelege durch ein festsitzendes Antriebsrad verbunden ist. Für die
Verwirklichung des. Erfindungsgedankens genügt es, nur für die häufiger benutzten
Gänge eine Synchronisierung vorzusehen, bzw. kann diese für den ersten und den Rückwärtsgang
fehlen. Außerdem ist für die weniger benutzten Gänge ein zweites Vorgelege angeordnet,
das einerseits mitdertreibenden Welle durch ein fest auf dieser sitzendes. Zahnrad
verbunden ist und andererseits mit dem lose auf der treibenden Welle sitzenden Zahnrad
des dem Antrieb zunächst gelegenen Zahnradpaares durch ein Zahnrad kuppelbar ist,
das auf der verbreiterten Nabe jenes Zahnrades. uridrehbar, aber verschiebbar sitzt.
Das Getriebegehäuse ist außerdem in drei Kammern unterteilt, und das Vorgelege für
die weniger benutzten Gänge ist vom übrigen Getriebe räumlich getrennt. Außerdem
ist das Vorgelege für die weniger benutzten Gänge im oberen Teil des
Getriebegehäuses
angeordnet, so :daß unterhalb desselben ein freier Raum, z. B. zum Durchführen einer
Traverse des Fahrzeugrahmens, entsteht.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen
@därgestellt, und zwar zeigt schematisch Abb. i ein fünfgängiges Wechselgetriebe
im Längsschnitt, Abb. 2 ein indem. Getriebe nach Anspruch i enthaltenes Vorgelege
in schaubildlicher Einzeldarstellung, Abb. 3 ein Schaltschema des Handschalthebels
für das Getriebe nach Ab:b. i, Abb. 4 ein Schaltschema, welches das Zusammenwirken
der Räder und Kupplungen des Getriebes nach Abb. i in den verschiedenen Gängen anzeigt,
Abb. 5 eine andere Ausführungsform eines Vorgeleges für das Getriebe nach Ab#b.
i im Längsschnitt, Abb-. 6 ein weiteres Schaltschema für den Handschalthebel des
Getriebes nach Abb. i, Abb. 7 eine dem Schaltschema nach Abb. 6 entsprechende Schaltvorrichtung
im Längsschnitt, Abb. 8 einen Querschnitt- durch die Schaltvorrichtung nach Abb.
7, Abb. 9 eine Draufsicht auf die Schaltstangen der Schaltvorrichtung nach Abb.
8; Abb. lo die Schaltplatte für die Anordnung nach .den Abh. 7 bis 9 von oben gesehen
in Einzeldarstellung, Abb. il und i2 die Schaltplatte nach den Abb. 7 bis lo in
zwei verschiedenen Schaltstellungen im Längsschnitt und in einem größeren Maßstab.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Abb. i sind in einem Gehäuse i eine
Antriebswelle 2, eine dazu in einer Flucht liegende Abtriebswelle 3 und eine Nebenwelle
4 gelagert. Unmittelbar an der Stelle ihres Eintrittes. in das Gehäuse i trägt die
Antriebswelle 2@ ein festsitzendes Zahnrad 5, und ebenso sitzt auf der Abtriebswelle
3 nahe an der Gehäusewand ein Zahnrad 6 fest. Auf der Antriebswelle 2 sitzen außerdem
nicht längs verschiebbar, aber lose drehbar die Räder 7, 8 und g. Es stehen die
Räder 6, 7, 8 und g. ständig im Eingriff mit den Rädern l o, i i, i2. und 13, welche
auf der Nebenwelle 4 festsitzen. Es sind außerdem die einander zugekehrten Seiten
der -Zahnräderpaare 7, 8 und 9, 6 als Kupphüngshälften 7'; 8',. g' und 6' ausgebildet,
und zwischen -diesen Zaheräderpäaren sind auf der Antriebswelle 2 undrehbar,
jedoch längs verschiebbar je eine Wechselkupplung 14 und 15 angeordnet.
Es sind diese Wechselkupplungen nach ihren beiden Verschieberichtungen hin als Synchronisierkupplungshälften
ausgebildet, so daß.eine Kupplung der miteinander zu verbindenden Teile erst dann
hergestellt wird, wenn diese annähernd auf gleiche Drehzahl gebracht sind. Bevorzugt
ist -die Ausbildung der Synchronisierkupplung als kombinierte Reib-und Klauenkupplung;
wobei der Klauenkupplungsteil unter Widerstand verschiebbar auf dem Reibkupplungsteil
sitzt und die Reibkupplungshälften vor den Klauenkupplungshälften in Eingriff gelangen.
Das Rad 7 weist außerdem- eine gegen das Rad 5 hin sich erstreckende Büchse 16 auf.
.Es ist diese Büchse außen mit Laufnuten 17 versehen, und auf diesen gleitet undrehbar
ein Verschieberad 18. Das Rad 5 auf der Antriebswelle steht in ständigem Eingriff
mit einem Vorgelegerad ig (Abb.2), welches auf einer zwei weitere feste Zahnräder
2o und 21 tragenden Welle 22 festsitzt. Das Rad 21 steht wiederum mit einem Rad
23 im Eingriff, in welchem sich ein auf der gleichen Nebenwelle 24 festsitzendes
Rad 25 dreht. Das Rad 18 auf der Büchse 16 ides Rades 7 kann wechselweise entweder
mit dem Rad 2o oder mit dem Rad 25 in Eingriff gebracht werden. Das Schalten der
Kupplungen 14 und 15 erfolgt durch die Schaltmuffen 26 und 27, und, .das
Verschieberad i8 wird durch eine dritte, in Abb. i nicht näher angegebene Muffe
bewegt. Es sitzen die Schaltmuffen 26, 27 auf besonderen Schaltstangen 28, 29, welche
mit einer aus der Abb. i nicht ersichtlichen Schaltstange für die Muffe,des Verschieberades
i8 in einer Ebene, parallel nebeneinanderliegen und durch den gemeinsamen Schalthebel
3o betätigt werden. Das Schaltschema für den Handgriff dieses Hebels zeigt die Abb.
3. Der Abb. 4 können die kraftschlüssigen Verbindungen der Räder und Kupplungen
entnommen werden.
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Beim ersten Gang wird das Rad 18 mit dem Rad 2o (Abb. 2) in Eingriff
gebracht. Die Welle 2 treibt das Rad 5, das Rad 5 das Rad ig und das Rad 2o das.
Verschieberad 18 an. Durch die Nutenverbindung 17 werden durch das Rad 18
die Büchse 16 und das Rad 7 mitgenommen, und das Rad 7 treibt das auf der
Welle 4 festsitzende Rad lo an. Der Abtrieb erfolgt über -das Zahnräderpaar 13,
6.
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Beim zweiten Gang wird die Kupplung 14 mit der Kupplungshälfte 8'
in Eingriff gebracht. Dadurch wird das Rad 8 fest mit der Antriebswelle 2 gekuppelt,
welche über das Rad i i die Welle 4 antreibt. Der Abtrieb erfolgt wiederum über
das Zahnräderpaar 13, 6.
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Beim dritten Gang wird die Kupplung 14 mit der Kupplungshälfte 7'
in Eingriff gebracht. Dadurch wird das Rad 7 mit der Antriebswelle 2 gekuppelt,
welche in diesem Fall die Welle 4 über das Rad lo antreibt. Der Abtrieb erfolgt
ebenfalls durch das Zahnräderpaar 13, 6.
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Beim vierten .Gang wird die Kupplung 15 mit der Kupplungshälfte
6' in Eingriff gebracht. Es wird das Rad 6 mit der Antriebswelle 2 verbunden, welches
unmittelbar auf der Abtriebswelle festsitzt. Es ist der vierte Gang, also der direkte
Gang.
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Beim fünften Gang wird die Kupplung mit der Kupplungshälfte g in Eingriff
gebracht. Dadurch wird das Rad 9 fest mit der Antriebswelle 2 verbunden, welche
die Welle 4 über das Rad 12 antreibt. Der Abtrieb erfolgt wiederum über das Zahnräderpaar
13, 6.
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Beim Rückwärtsgang wird das Verschieberad 18 (Abb. 2) mit dem Rad
25 in Eingriff gebracht, wodurch das Rad im Gegensatz zu seinem Eingriff mit dem
Rad 2o beim ersten Gang eine Umkehrung seiner Drehrichtung erfährt= Im übrigen verlaufen
Kraftfluß und Bewegung genau wie beim ersten
Gang über die Zahnräderpaare
7, 1o und 13, 6. Es erfolgt auch in diesem Fall der Abtrieb über das Zahnräderpaar
13, 6.
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Es ist aus der obigen Schilderung,der Wirkungsweise erkennbar, daß
für alle indirekten Gänge eine Abtriebskonstante des Zahnräderpaares 13, 6 vorliegt,
während die bisher bekannten Getriebe stets mit einer Antriebskonstante arbeiten.
Es hat die Anordnung nach der Erfindung den Vorteil, daß alle Zahnräderpaare zu
beiden Seiten der Synchronisierkupplungen nur jeweils kraftschlüssig mit der Abtriebs-
bzw. bei Kraftfahrzeugen mit der Kardanwelle verbunden sind. Dementsprechend ist
nur eine kleine Synchronisierkraft notwendig und die Belastung der Synchronis:ierkupplung
eine geringe.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sowohl die zu
synchronisierenden Räder 7, 8, 9 und 6, die Kupplungen 14, 15 und insbesondere das
Vorgelege für den ersten und den Rückwärtsgang über dem Ölspiegel S liegen. Es ist
also auch keine größere Bremswirkung von Ölmassen vorhanden. Auch können die Räder
dieses: Vorgeleges sehr klein gehalten werden, nachdem die nur wenig benutzten langsamsten
Gänge, nämlich der erste und der Rückwärtsgang, zusammengefaßt sind und beide Gänge
jeweils über die große Übersetzung der Räder 7-io und 13, 6 des dritten Ganges geschaltet
werden. Der durch das hochgelegte Vorgelege gewonnene Platz 31 (gbb. i) vor der
Welle 4 ermöglicht es, das. Getriebe an eine Rahmentraverse od. dgl. auf einfache
Weise anzuflanschen, oder es kann zum mindesten eine solche Rahmentraverse 32 durch
die gewonnene räumliche Ecke hindurchtreten, wodurch ein kurzer Fahrgestellaufbau
zustande kommt. Doch ist eine solche Anordnung nicht unbedingt notwendig, wie die
Abb. 5 zeigt.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Abb.5 ist die Nebenwelle .l um das Stück
.l.' verlängert und mit Längsnuten 33 versehen, auf welchen uridrehbar das Verschieberad
18' gleitet; das Rad 18' entspricht dem Verschieberad 18 beim Ausführungsbeispiel
nach Abb. i. Es kann dieses Verschieberad entweder für den ersten Gang mit dem Rad
5 auf der Antriebswelle a oder für den Rückwärtsgang mit einem Umkehrrad 34. in
Eingriff gebracht werden, welches durch ein neben dem Rad 5 auf der Antriebswelle
2 festsitzendes Rad 35 angetrieben wird.
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Die Schaltweise des bisher beschriebenen Getriebes erfolgt, wie bereits
erwähnt, zweckmäßig nach dem durch die Abb. 3 gezeigten Schema. Noch besser ist
die Schaltweise nach dem Schema von Abb. 6 ,dann, wenn z. B. der fünfte Gang als
Schongang benutzt werden soll. Es ist dann vorteilhaft, für das beschriebene Getriebe
eine Schaltvorrichtung zu verwenden, w ie eine solche durch die Abb. 7 bis i2 veranschaulicht
ist. Es greift bei diesem Ausführungsbeispiel der Schaltarm 36.des Hebels
30 in eine Muffe 37 ein, in welcher eine waagerechte Stange 38 mit einem
abgewinkelten balligen Ende 39 festsitzt. Dieses ballige Ende 39 greift in das Mittelloch
do einer Schaltplatte 41 (Abb. io) ein, welche in einem Rahmen 4.2 (Abb. 7 bis 9)
quer und mit -diesem Rahmen längs verschiebbar unterhalb einer ortsfesten Deckplatte
43 gleitet. Es weist diese Platte 41 zwei nach unten ragende Zapfen 44 und 45 auf,
welche zu der durch .das Zentrum des Mittelloches gehenden Längsachse L der Platte
41 seitlich versetzt liegen (Abb. io). Auf der dem Mittelloch 4o abgewandten Seite
eines jeden Zapfens 44, 4.5 weist,die Platte 41 je eine Ausnehmung d.6, .7 (Abb.
io) auf, welche für -die Aufnahme von kleinen Wälzkörpern 48 und 49 bestimmt sind
(Abb. 7, i i und 12). Diese Wälzkörper liegen in passenden Rinnen 5o und 5 i, welche
in Schaltleisten 521 53 und 5.4 von Büchsen: 55, 56 und 57 angeordnet sind. Es sind
diese Büchsen auf drei in einer Ebene nebeneinanderliegenden Schaltstangen 58, 59
und 6o aufgezogen. Außerdem arbeiten die Wälzkörper 48 und 49 mit den beiden in
Schaltrichtung einander gegenüberliegenden Kanten 61 und 62 einer Ausnehmung 63
in der Deckplatte .I3 zusammen. Die Schaltstangen 58, 59 und 6o gleiten unter dem
Widerstand einer federbelasteten Kugel 64. (Abb.7) in einer Lagerbrücke 65. In Zusammenarbeit
mit in die Schaltstangen eingefrästen Rinnen 66 (Abb. 7 und 9) vermögen die für
jede Schaltstange vorgesehenen Kugeln die Schaltstangen in ihrer jeweiligen Schaltstellung
festzuhalten.
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Diese oben beschriebene Schaltvorrichtung wird an, Stelle der Schaltstangen
28 und 29 in Abb. i über dem dort gezeigten. Getriebe befestigt, und weiterhin sollen
mittels des Handhebels 30 nachdem Schema von Abb. 6 fünf Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang
geschaltet werden. Es sind auch hier wieder der erste und der Rückwärtsgang zusammengefaßt,
und der fünfte Gang wird Schongang. Außerdem wird eine Umkehrung der Schaltbewegung
für die Schaltstangen der Synchronisierkupplungen 14 und 15 bzw. für den zweiten,
dritten, vierten und fünften Gang notwendig, weil die Schaltrichtung des Hebelarmes
3o durchdie Gelenkverbindung des Schaltarmes 36 mit der Muffe 37 an der Stange 38,
39 ebenfalls eine Umkehrung erfährt. Dies wird dadurch erreicht, daß man die Schaltmuffen
der Schaltstangen 58 und 59 nicht unmittelbar auf die die Kupplungen 14. und 15
verschiebenden Gabeln wirken läßt, sondern zwischen diesen Muffen und den Schaltgabeln
einen zweiarmigen Hebel 67 anordnet, wie in Abb. 7 gezeigt ist. Im übrigen
bleibt das Getriebe nach der Abb. i oder 3 völlig unverändert. Die Schaltstange
58 dient zum Schalten des vierten und fünften Ganges, die Schaltstange 59 schaltet
den zweiten und dritten Gang, und der erste Gang sowie der Rückwärtsgang werden
durch die Schaltstange 6o geschaltet.
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An einem Schema nach den Abb. 6, 9, 11 und. 12 sei die Wirkungsweise
der Schaltvorrichtung nach Abb. 7 erläutert. Angenommen, der Handgriff des Schalthebels
30 sei auf den Punkt A -des Schemas nach Abb. 6 gerückt. Einer solchen Hebelstellung
entspricht eine derartige Lage der Schaltplatte 41 (Abb. io), daß ihre versetzten
Zapfen 44 und 45 in die Stellung a, a' nach Abb. 9 zu liegen kommen. Es liegt also
der Zapfen .1 .5 = a' an ,der Schaltleiste 53 vor dem Anschlag für den zweiten Gang
(Abt.
i i), und es liegt gleichzeitig der Zapfen 44 = a an der Schaltleiste 54 für den
ersten Gang (Abb.9 und i i). Es steht dem Fahrer in der Hebelstellung a (Abt. 6)
frei, entweder den ersten oder den zweiten Gang einzurücken. Angenommen, er entscheidet
sich für den zweiten Gang, dementsprechend wird der Hebelarm 3-0 (Abt. 7) vom Punkt
A des Schemas von Abb. 6 nach dem Punkt II verschwenkt. Dieser Bewegung entspricht
eine umgekehrte Bewegung des Schaltknopfes 39 .(Abt. i i), welcher die Schaltplatte
41 in Pfeilrichtung II von Abb. i i nach links bewegt. Es werden dabei auch die
beiden Wälzkörper 48, 49 und die Zapfen 44, 45 in diese Richtung mitgenommen. Ein
Vergleich der Abb. i i und 12 zeigt, daß dabei die Kante 62 der Deckplatte 43 den
Wälzkörper 49 in seine zugehörige Rinne 51 an der Schaltleiste 53 hineinverdrängt
und außerdem der Anschlag 45,die Leiste 53 mit nach links nimmt. Die Folge ist,
daß auch die Schaltstange 59, mit welcher diese Leiste in Verbindung steht, nach
links mitgenommen wird, und infolge der Umkehrwirkung des Hebels 67 (Abt. 7) wird,diese
Linksbewegung in eine Rechtsbewegung der Schaltgabel -der Kupplung, 14 verwandelt,
welche in diesem Bewegungssinn auch auf die Kupplung 14 einwirkt. Eine Rechtsbewegung
dieser Kupplung entspricht einem Einschalten des zweiten Ganges (Abt. 4). Was den
anderen, von der Schaltplatte 41 (A.bb. i i und i2) nach links mitgenommenen Wälzkörper
48 betrifft, wurde dieser in den Bereich der Ausnehmung 63 der Deckplatte 43 hinein
und von der Kante 61 weg bewegt. Gleichzeitig wurd° der Wälzkörper 48 aus seiner
zugehörigen Rinne 50 in der Leiste 54 an der Schaltstange für den ersten
Gang herausgehoben, was ohne weiteres möglich ist, weil die Sperrwirkung,der Deckplatte
43 fehlt. Außerdem hat sich bei der Bewegung der Schaltplatte 41 der vor der Leiste
54 liegende Zapfen 44 von dieser entfernt, so daß also auf diese Leiste keinerlei
Schaltkräfte einwirken und die Schaltstange 6o für den ersten Gang an Ort und Stelle
bleibt.
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Es, ist die Linksbewegung der Schaltleiste 53 (Abt. 12) eine doppelt
zwangsläufige gewesen. Einmal wurde sie durch den Zapfen 45 mitgenommen, und außerdem
erfolgte eine zwangsläufige Mitnahme durch die Verriegelungswirkung des Wälzkörpers
49 zwischen der Platte 41 und der Leiste 53. Durch diese Verriegelung kann der zweite
Gang wieder zurückgeschaltet werden. Es wird nach dem Schema von Abb. 6 der Hebelarm
30 (Abt. 7) vom Punkt II nach Abb. 6 wieder nach dem Punkt A verschwenkt. Dementsprechend
bewegt sich der Schaltzapfen 39 (Abt. ii und 12) wieder nach rechts, und infolgedessen
wird die Platte 41 mit den Zapfen 44, 45 und den Wälzkörpern 48, 49 aus der Stellung
nach Abb. 12 wieder in die Stellung nach Abb. i i nach rechts zurückverschoben.
Da sich der Zapfen 45 dabei von der Leiste 53 entfernen will, übt dieser auf diese
Leiste 53 keinerlei Wirkung aus. Dagegen wird die Leiste 53 durch den in der Rinne
51 festgehaltenen Wälzkörper 49 allein mit zurückgenommen und die ursprüngliche
Mittelstellung nach Abb. i i wiederhergestellt. Der Wälzkörper 48 rollt wieder in
die zugehörige Rinne 50 der Leiste 54 ein, und es ist der Hebel wieder für den ersten
oder zweiten Gang schaltbereit. Ganz sinngemäß kann man auch den ersten Gang schalten,
wenn man den Hebelarm 30 (Abt. 7) mit der Schaltplatte 41 in umgekehrter Richtung
;bewegt. Ebenso werden sinngemäß die übrigen Gänge geschaltet. Wie dies möglich
ist, wird sofort erkennbar, wenn man die Lage des Punktes B in Abb. 6 und die entsprechende
Lage der Schaltzapfen 44, 45 = b und b' in Abb. 9 vergleicht. Dem Punkt B des Schemas
entspricht eine Schaltmöglichkeit des dritten oder vierten Ganges. Ganz folgerichtig
liegt der Zapfen 44 = bin den Abb. 7 und 9 an der Schaltleiste 53 für den
dritten und der Zapfen 45 = b' an der Schaltleiste 52 für -den vierten Gang. Für
den fünften Gang wird der Schaltzapfen 44 = b in die Stellung c nach Abb.
9 und für den Rückwärtsgang -der Schaltzapfen 45 = a' in die Stellung c' nach Abb.
9 gebracht.
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Die zwischengeschaltete Stange 38 ist an sich nicht unbedingt notwendig.
Man könnte z. B. den Schalthebelarm 36 auch unmittelbar in die Schaltplatte 41 eingreifen
lassen. Die Anordnung der Zwischenstange 38 hat jedoch den Vorteil, daß man die
Schaltkugel 68 ganz an das Ende des Getriebegehäuses setzen kann. Man gewinnt dadurch
im Kraftfahrzeug eine gute Bodenfreiheit für die Füße .des Fahrers. In bezug auf
die gezeigten Schaltschemen ist man gegebenenfalls nicht an die gewählten Ausführungsbeispiele
gebunden. Doch haben sich die gezeigten Schaltwege als die vorteilhaftesten ergeben.
Von besonderem Vorteil der Kombination des Getriebes nach der Abb. i oder 3 mit
einer Schaltvorrichtung nach den Abb. 7 bis 1.2 ist"daß man für die fünf Gänge mit
nur drei Schaltstangen auskommt. Als Verzahnung wird zweckmäßig eine Schrägverzahnung
oder Schraubenverzahnung gewählt. Auch ist die spezielle Ausführung der Synchronisierkupplungen
im Rahmen der Erfindung beliebig.
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Man könnte im Rahmender Erfindung z. B. auch das den ersten und den
Rückwärtsgang umfassende Vorgelege als: sogenanntes geräuschloses Getriebe mit ständig
im Eingriff stehenden Rädern ausbilden und mittels Synchronisierkupplungen schalten.
Ebenso könnte man im Rahmen der Erfindung die Funktion der Kupplung 14 zwischen
den Rädern 7 und 8 vertauschen, so daß der erste und der Rückwärtsgang die Übersetzung
des zweiten Ganges mit einbeziehen. Insbesondere in bezug auf das Ausführungsbeispiel
nach Abb.5 wird noch darauf hingewiesen, daß durch ,die gezeigte Anordnung ein außerordentlich
ruhiger Leerlauf erzielt und das Anfahren auch bei großer Kälte und dickem Öl durch
diese Anordnung nicht erschwert wird.