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Schalt- und Synchronisiereinrichtung für ein mehrstufiges Zahnräderwechselgetriebe
von Straßen-und Schienenfahrzeugen Die Erfindung bezieht sich auf eine Schalt- und
Synchronisiereinrichtung für ein mehrstufiges Zahnräderwechseigetriebe von Straßen-
und Schienenfahrzeugen finit .dauernd im Eingriff :stehenden, über Lamellen mit
der Antriebswelle kuppelbaren Zahnräderpaaren, wobei jode Lamnellenkupplung einen
Arbeitskolben für ein auf zwei verschiedene Drücke regelbares Druckmittel aufweist,
das über eine von einem Gangwähler beeinflußte Umschaltvorrichtung steuerbar ist.
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Bei den bekannten Schalt- und Synchronisiereinrichtungen dieser Art
ist als Umschalteinrichtung eine Nockenwelle mit je zwei jeder Lamellenkupplung
zugeordneten Ventilen für ein pneumatisches Druckmittel mit reduziertem und vollem
Druck vorgesehen. Uni die Zahnräderpaare einer Gangstufe des Zahnräderwechselgetriebes
durch Beaufschlagen des Arbeitskolbens mit dem Druckmittel reduzierten Druckes zum
Gleichlauf und hierauf mit dem Druckmittel vollen Druckes stoßfrei zu kuppeln, ist
die Nockenwelle mittels einer Handkurbel in die entsprechende Stellung zu bringen.
Diese Schalt- und Synchronisiereinrichtung macht jedoch Schaltstöße beim Einschalten
einer Gangstufe nicht unmöglich, weil die Bedienung der Nockenwelle willkürlich
vom Fahrer des Straßen-bzw. Schienenfahrzeuges ohne Rücksicht auf den beim Umschalten
der Ventile vorhandenen Drehzahlunterschied der Zahnräderpaare vorgenommen werden
kann.
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Es ist auch schon eine Reibungshauptkupplung für Kraftfahrzeuge bekannt:
die durch eine Feder einrückbar und ,durch einen Elektromotor ausrückbar Ist. Hierzu
wind der Stromkreis des die Hauptkupplung ausrückenden Elektromotors durch Kontakte
am Gestänge .des Gashebels bei ,dessen Niederdrücken vor der Regelung der Brennstoffzufuhr
zurr Antriebsmotor des Kraftfahrzeuges unterbrochen. Um Schalt-Stöße der Hauptkupplung
zu vermeiden, ist eine von einem Ausgleichsgetriebe gebildete Synchronisiereinrichtung
vorgesehen, deren eines Zentralrad von der Antriebswelle und deren anderes Zentralrad
von der Abtriebswe.lle angetrieben wird. Das Gehäuse des Ausgleichsgetrieibes ist
als Bremsring ausgebildet, das auf Kontakte eincwirkt, die in den Stromkreis des
Elektromotors geschaltet ,sind. Diese Kontakte sind infolge der Mitnahme des Bremsringes
nur bei Gleichlauf der Antriebs- und Abtriebswelle getrennt, so daß die Hauptkupplung
bei synchronem Lauf dieser Wellen ohne Schaltstoß eingeschaltet werden kann.
An Stelle des Ausgleichsgetriebes können auch zwei von der Antriebs- bzw. Abtriebswelle
angetriebene koaxiale Fliehkraftreglür vorgesehen sein, die gegeneinander auf den
Kontrakthebel einwirken und bei Gleichlauf der Wellen die Kontakte trennen. Da jedoch
bei ungleichem Lauf der Wellen die Hauptkupplung vollständig getrennt getrennt ist,
also ihre beiden Kupplungsteile nicht aufeinander schleifen, wird auch kein Wellengleichlauf
erzwungen, wodurch lange Schaltpausen entstehen.
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Weiterhin ist eine Schalteinrichtung für Kraftfahrzeuge bekannt, bei
der in ,der Artwendung auf Zweigangplanetenraadgetrieabe durch Abbremsen des Sonnenrades
ein kleineres übersetzungsverhältnis des Planetenradgetriebes erhalten wind. Hierzu
ist ein auf die Bremset des Sonnenrades einwirkender hydraulischer Arbeitszylinder
vorgesehen, dessen Druckmittel von einer Umschaltvorrichtung gesteuert ist. Diese
Umschaltvorrichtung besteht aus einem mit dein Gangwähler verbundenen Umschaltscbieber,
der einer Regelvorrichtung nachgeschaltet ist. Durch Einstellen des Umschaltschiebers
auf den Schnellgang wird das Druckmittel der Regelvorrichtung über eine Drossel
zugeführt, .die zeitabhängig den Druckmittelzulauf zum Arbeitszylinder so steuert,
daß der Druck nur allmählich ansteigt. Hierdurch soll ein sanftes Einrücken des
Schnellganges erzielt werden. Diese bekannte Schalteinrichtung, die auch auf nur
durch Kupplungen schaltbare Wechselgetriebe anwendbar ist, wobei an Stelle der Bremse
für das Sonnenrad sinngemäß eine zweite Schaltkupplung betätigt wird, arbeitet jedoch
lediglich in Abhängigkeit von der Zeit und nimmt,daher keine Rücksicht auf die beim
Einrücken .des Schnellganges tatsächlich bestehenden Drehzahlverhältnisse der .Antriebs-
und Abtriebswelle, wodurch unter Umständen die Synchronisierungsphase unnötig lange
dauert oder auch zu kurz sein kann, so daß durch zu frühes Beaufschlagen mit dem
vollen Druck trotzdem ein Schaltstoß auftreten kann.
Bei einer weiteren
bekannten Schalteinrichtung, die für die Hauptkupplung von Kraftfahrzeugen bestimmt
ist, wird der erste Teil des Einrückhubes schnell und der zweite Teil verzögert
zurückgelegt. Um eine Schaltstufe des Wechselgetriebes einzuschalten, wird die Hauptkupplung
durch Öldruck ausgerückt und nach Beendigung des Schaltvorganges unter dem Druck
von Schließfedern allmählich eingerückt. Der Einrückvorgang erfolgt daher unabhängig
von den tatsächlichen Drehzahlen der zu kuppelnden Zahnräder des einzuschaltenden
Zahnradpaares der Gangstufe lediglich nach der Zeit. Ein stoßfreies Einschalten
ist daher bei dieser Schalteinrichtung nicht gewährleistet.
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Schließlich sind bereits Kupplungslamellen mit einer oder mehreren
Spiral.nuten in beiden Lamellenffächen bekannt, deren inneres Ende zum Eintritt
des Schmieröles offen und deren anderes Ende geschlossen ist, wodurch eine gute
Schmierung beim Gleiten erzielt wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltvorrichtung für Zahnräderwechselgetriebe
zu schaffen, bei der beim Einstellen einer Gangstufe zum Auf- oder Ahwärtsschalten
des Wechselgetriel)es zunächst ein Gleichlauf des Zahnrades dieser Gangstufe mit
der Antriebswelle erzwungcn und nach eingetretenem Gleichlauf selbsttätig ohne jede
Schaltpause eine feste Verbindung mit der Antriebswelle hergestellt wird. Hierdurch
werden die Nachteile der bekannten Einrichtungen mit willkürlich oder nur in Abhängigkeit
von der Zeit gesteuerter Synchronisierphase beseitigt, die Synchronisierphase auf
die urbedingt notwendige Dauer beschränkt und Schaltstöße zuverlässig vermieden.
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Die Erfindung besteht darin, daß die Umschaltvorrichtung für das Druckmittel
von einem durch eine Drehzahlvergleichseinrichtung für die Umlaufgeschwindigkeit
der zu kuppelnden Teile beeinflußten Druckumschaltventil mit zwei auf verschiedeneDrücke
eingestellten und mit einer Druckerzeugungsanlage verbundenen Reduzierventilen gebildet
ist, die den Druck .des Druckmittels, das in an sich bekannter Weise über ein mit
dem Gangwähler gekuppeltes Vorwählventil dem Arbeitskolben zugesteuert wird, derart
regeln, daß beim Einstellen einer Gangstufe der zugeordnete Arbeitskolben mit dem
niedrigen und bei Gleichlauf der Antriel`swelle mit dem zu kuppelnden Zahnrad mit
dem hohen Druck beaufschlagt ist.
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In vorteilhafter Weise weisen die Lamellen der Lamellenkupplung in
ihren Reibflächen als Öltaschen wirkende Radialnuten uni in diese mündende konzentrische
Ringnuten auf.
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Durch die Erfindung wird das Synchronisieren der Antriebswelle mit
dem Zahnrad der einzuschaltenden Gangstufe unter Verwendung eines verhältnismäßig
geringen Druckes der Reibungskupplung herbeigeführt, so daß dieser Vorgang außerordentlich
weich und ohne nennenswerten Verschleiß der Lamellen unter annähernd reiner Flüssigkeitsreibung
erfolgt. Anschließend wird ein uni ein Vielfaches des Anfangsdruckes gesteigerter
Haftdruck angewendet, der die Reibungskupplung verläßlich in ihrer Schließstellung
hält und die Übertragung großer Drehmomente ermöglicht. Außerdem zeichnet sich die
Erfindung durch einen geringen Bauaufwand und einen kleinen Platzbedarf aus. Diese
Vorteile sind insbesondere für schwere Straßen- und Schienentriebfahrzeuge von Bedeutung,
bei denen das Wechselgetriebe hohe Antriebsdrehmomente sowohl beim Anfahren als
auch Befahren langanhaltender Bergfahrten großer Steigung ausgesetzt ist. In der
Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt.
Es zeigt Abb.1 die Schalt- und Synchronisiereinrichtung und Abb. 2 eine Kupplungslamelle.
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Ein Straßenfahrzeug mit großer Antriebsleistung, oder ein Schienentriebfahrzeug,
z. B. eine Lokomotive, ist .mit einem mehrgänzigen Wechselgetriebe ausgestattet,
dessen Zahnräderpaare ständig im Eingriff sind. .jeweils eines der Zahnräder 1 bzw.
2 dieser Zahnradpaare ist auf der Antriebswelle 3 lose angeordnet. In der
Zeichnung sind nur die auf der Antriebswelle 3 vorgesehenen Zahnräder 1 und 2 zweier
Zahnradpaare dargestellt jedes dieser Zahnräder ist m-it einer Reibungskupplung
4 versehen, durch die eine Verbindung des Zahnradas 1 bzw. 2 mit der Antriebswelle
3 hergestellt werden kann. Jede Reibungskupplung 4 besteht aus einer fest auf der
Antriebswelle 3 angeordneten Muffe 5 mit einem unter den Zahnkranz 6 des Zahnrades
1 bzw. 2 greifenden Flansch 7. Auf dessen Mantelfläche sowie auf der inneren Mantelfläche
des Zahnkranzes 6 sind axial verschiebbar ineinandergreifende ringförmige Lamellen
8 vorgesehen. An der Stirnseite des die Lamellen 8 überragenden Zahnkranzes 6 ist
eine als Anlage für die Lamellen 8 dienende Ringscheibe 9 befestigt, die sich bis
zur Muffe 5 erstreckt, um den von den Lamellen 8 eingenommenen Raum 10 öldicht abzuschließen.
Im Radkörper 11. des Zahnrades 1 bzw. 2 sind ringförmige zylindrische Aussparungen
12 für je einen Arbeitskolben 13 angeordnet, der bei der Beaufschlagung mit einem
hydraulischen Druckmittel die Lamellen 8 an die Anlage bzw. gegenein.anderpreßt.
Das Druckmittel wird jedem Arbeitskolben 13 durch eine im Mantel der Zahnradnabe
14 ausmündende Bohrung 15 bzw. einen Kanal zugeführt. Die Zahnradnabe 14 ist von
einer Büchse 16 .spielfrei umschlossen, in deren Innenfläche eine Ringnut 17 vorgesehen
ist, die die Mündung der Bohrung 15 überdeckt. Diese Muffe ist feststehend angeordnet
und mit einer in die Ringnut 17 mündenden Zuführungsleitung 18 für das Druckmittel
versehen. Ferner ist an der Reibungskupplung-4 eine als Fliehkraftregler ausgebildete
Drehzahlvergleichseinrichtung 19 angeordnet, deren Regelmuffe 20 mit einer Nut 21
in der äußeren :Mantelfläche vergehen ist. Diese Regelmuffe ist auf der mit der
Antriebswelle 3 fest verbundenen Muffe 5 urdrehbar, jedoch axial verschiebbar angeordnet.
An der freien Stirnfläche der Muffe 5 sowie an der Ringscheibe 9 des Zahnrades 1
bzw. 2 ist je ein Ringblech 22 befestigt, dessen Außenrand 23 kegelförmig nach innen
zur Regelmuffe 20 abgebogen ist. Bei ungleichem Lauf des Zahnrades 1 bzw. 2 und
der Antriebswelle 3 bzw. Muffe 5 drehen sich auch diese Ringbleche mit unterschiedlicher
Drehzahl. Zwischen diesen Ringblechen und der Regelmuffe 20 sind Federn 24 und radial
nach außen bewegliche kugelförmige Fliehgewichte 25 vorgesehen. Diese Federn halten
die Regelmuffe 20 in ihrer Mittellage, jedoch wird sie bei ungleichem Lauf der Muffe
5 und des Zahnrades 1 bzw. 2 durch die unter der ungleichen Fliehkraft verschiedene
radiale Abstände von der Antriebswellenachse einnehmenden Fliehgewicht 25 in Richtung
des den kleineren Abstand aufweisenden Fliehgewichtes 25 axial verschoben. In die
Nut 21 der Regelmuffe 20 greift das eine Ende eines waagebalkenartigen Hebels 26,
dessen anderes Ende finit dem verdickt ausgebildeten Ende eines Winkelhebels 27
im Eingriff steht. Das andere Ende des Winkelhebels wirkt auf den Steuerkolben
28
eines Druckumschaltventils 29 ein. Nimmt bei Gleichlauf der Antriebswelle 3 und
des Zahnrades 1 bzw. 2 ,die Regelmuffe 20 ihre Mittellage ein, so wird der in sie
eingreifende Hebel 26 geschwenkt und beim Auflaufen auf die Verdickung des Winkelhebels
27 dieser um ein vorbestimmtes Maß geschwenkt, wodurch der Steuerkolben 28 des Druckumschaltventils
29 in gleicher Weise um ein vorbestimmtes Maß axial verschoben wird. Das Druckumschaltventi129
ist über drei Rohranschlüsse der Druckmittelvorlaufleitung 30, 31 und 32 an eine
Druckerzeugungsanltge 33, beispielsweise eine Zahnradpumpe für das hydraulische
Druckmittel, angeschlossen. Durch zwei Durchgangsbohrungen 34 und 35 sowie eine
Ringnut 36 im Steuerkolben 28 des Druckumschaltventils 29 wird je nach dessen Stellung
der Durchgang des Druckmittels zu zwei Leitungen 37, 38 und einer 7,ulaufleitung
39 hergestellt, von denen die Leitungen 37 und 38 mit Reduzierventilen 40 und 41
versehen sind und im Sumpf enden. Das Reduzierventi140 der in der Zeichnung mit
dem Anschluß für die D.ruckmittelvorlaufleitung 31 verbundenen Leitung 37 ist auf
einen Druck von etwa 1 atü und .das Reduzierventil 41 der anderen Leitung 38 auf
einen Druck von etwa 10 atü eingestellt. Die im Bereich .der Ringnut 36 des Steuerkolbens
28 angeschlossene Zulaufleitung 39 führt zu einem Arbeitszylinder 42, dessen Kolben
43 auf die Hauptkupplung des Fahrzeuges im Sinn des Ausrückens einwirkt. Dieses
Ausrücken findet statt, wenn der Steuerkolben 28 des Druckumschaltventils 29 ,den
Druckmitteldurchfluß zur Verbindun gsleitung 37 für :den niedrigen Druck hergestellt
hat. Die zu den Büchsen 16 führenden Zuführungsleitungen 18 sind an ein Vorwählt'
44 angeschlossen. Das Vorwählventil 44 ist mit der Druckerzeugungsanlage 33 Jurch
eine Leitung 45 verbunden, von der die Druckmittelvorlaufleitung 32 abzweigt. Zum
Einstellen des Kolbens 46 des Vorwählventils 44 ist dieser über ein Übertragungsgestänge
47 mit dem Gangwähler 48, z. B. am Lenkrad 49 des Fahrzeuges, verbunden.
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Die Wirkungsweise der Schalt- und Synchronisiereinrichtung ist folgende:
Um einen Gangwechsel des Wechselgetriebes vorzunehmen, wird .der Kolben 46 des Vorwählventils
44 mittels des Gangwählers 48 in die der gewünschten Schaltstufe entsprechende Stellung
gebracht. In dieser Stellung des Kolbens 46 ist sowohl .die mit dem Arbeitskolben
13 für .die Reibungskupplung 4 der einzuschaltenden Schaltstufe verbundene Zuführungsleitung
18 über die Leitung 45 wie auch .der Arbeitszylinder ; 42 der Hauptkupplung über
die Zulaufleitung 39, die Ringnut 36 im Steuerkolben 28 des Druckumschaltventils
29 und die Druckmittelvorlaufleitung 32 mit derDruckerzeugungsanlage33 verbunden.
Gleichzeitig ist auch die Druckmittelvorlaufleitung 32 mittels der ; Druckmittelvorlaufleitung
31 über die Durchgangsbohrung 35 im Steuerkolben 28 des Druckumschaltventils 29
und das Reduzierventil 40 für den niedrigen Druck in der Leitung 37 mit dem Sumpf
der Druckerzeugungsanlage 33 verbunden, so daß der Druckmittel-druck in dem gesamten
Leitungssystem .der Druckerzeugungsanlage 33 absinkt. Die Rebungskupptung 4 wird
daher mit niedrigem Druck eingerückt und dadurch ein Angleichen der Drehzahl der
Antriebswelle 3 an die des Zahnrades 2 durch Schleifen der Lamellen 8 erreicht.
Während der Dauer dieses Drehzahlangleiches ist die Hauptkupplung des Schienenfahrzeuges
durch den Arbeitszylinder 42 ausgerückt, um die Antriebswelle 3 drehmoment- und
schwungmassenfrei zu machen. Weiterhin wird während des Drehzahlangleiches die Regelmuffe
20 der Drehzahlvergleichseinrichtung 19 durch .die Fliehgewichte 25 in die Mittellage
gebracht und hierdurch der Steuerkolben 28 des Druckumschaltventils 29 mittels des
Hebels 26 und Winkelhebels 27 entgegen der Federkraft verschoben. Durch .das Verschieben
dieses Steuerkolbens erfolgt ein Unterbrechen der zum Arbeitszylinder 42 führenden
Zulauf leitung 39 durch diesen Steuerkolben, und es wird die Druckmittelvorlaufleitung
32 über die Druckmittelvorlaufl-eitung 30 mit .der -das Reduzierventi141 für den
hohen Druck enthaltenden Leitung 38 verbunden. Der dabei im gesamten Leitungssystem
der Druckerzeugungsanlage33 ansteigende Druck bewirkt ein kraftschlüssiges Schließen
der Reibungskupplung 4 und somit eine feste Verbindung des Zahnrades 2 mit der Antriebswelle
3 ohne jeden Schaltstoß, die eine Übertragung großer Drehmomente erlaubt.
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Um nach dem Anfahren des Fahrzeuges die zweite Gangstufe einzuschalten,
wird der Kolben 46 des Vorwählventil.s 44 durch den Gangwähler 48 in die gezeichnete
Lage gebracht.
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Das auf den Gleichlauf der Antriebswelle 3 und des mit dieser zu kuppelnden
Zahnrades 1 bzw. 2 ansprechendeDruckumschaltventi129 kann mit derDrehzahlvergleichseinrichtung
auch durch elektromagnetische oder hydraulische Steuerglieder verbunden sein.
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Die Lamellen 8 der Reibungskupplung 4, vorzugsweise die Außenlamellen,
weisen an zwei einander gegenüberliegenden Stellen als Öltaschen wirkende und in
schmale Ringnuten 50 ihrer Reibflächen mündende Radialnuten 51 auf, wie Abb. 2 zeigt.
Dadurch wird eine Schmierung und Kühlung .der Lamellen 8 während des Synchroni.sierungsvorganges
erreicht, woben die Radialnuten 51 den Kriechweg des Öls beim Haftschalter verkleinern.
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Die Ansprüche 2 bis 4 sind echte Unteransprüche und gelten nur in
Verbindung reit Anspruch 1.