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Steuervorrichtung für Geschwindigkeitswechselgetriebe Die Erfindung
bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für ein stufenweise umschaltbares Geschwindigkeitswechselgetriebe,
bei dem jeder Getriebestufe eine hydraulisch schaltbare Reibungskupplung zugeordnet
ist. Solche Getriebe sind im Lauf und unter Last umschaltbar. Die Kupplungen einer
oder mehrerer Gangstufen können mit überholeinrichtungen ausgerüstet sein, so daß
beim Einschalten der Kupplung einer höheren Gangstufe die überholeinrichtung den
Kraftfluß durch die zuletzt wirksame Kupplung selbsttätig trennt. Auch können die
Kupplungen überschneidend geschaltet werden, indem ein hydraulischer Steuerschieber,
welcher den Zufluß des hydraulischen Druckmittels zu den Kupplungen steuert, während
des Gangwechsels vorübergehend beide am Gangwechsel beteiligten Kupplungen an die
Druckmittelquelle anschließt.
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Bei einem solchen Getriebe kann es vorkommen, daß z. B. durch Ausfall
des elektrischen Stromes, mit welchem Elektromagnetventile in den Druckmittelleitungen
zu den Kupplungen geschaltet werden, oder durch Ausfall der hydraulischen Druckmittelquelle,
durch Störungen an den Ventilen oder Leitungen usw. der Betrieb unterbrochen wird.
Verschwindet die Störung wieder oder ist sie beseitigte so würde das Getriebe in
der Gangstufe, welche zuletzt eingeschaltet war, anfahren, wenn nicht der die einzelnen
Getriebeschaltstufen schaltende Getriebeschalter, welcher mechanisch, elektrisch
oder hydraulisch wirksam sein kann, bei Eintritt der Störung vom Bedienungsmann
der betreffenden Anlage, zu welcher das Getriebe gehört, in die niedrigste Getriebeschaltstufe
oder in die Leerlaufstellung des Getriebes geschaltet wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, diesem Mangel abzuhelfen und die Steuervorrichtung
des Getriebes so auszubilden, daß nach einer Betriebsstörung der obengenannten Art
das Getriebe jeweils in der niedrigsten Gangstufe wieder anfährt. Hierzu werden
folgende Maßnahmen angewendet, die gemeinsam dafür sorgen, daß das Getriebe nach
einer Störung an den elektrischen oder hydraulischen Steuereinrichtungen unabhängig
von der zuletzt eingeschalteten Gangstufe und von der dieser Schaltstufe zugeordneten
Schaltstellung des Getriebeschalters immer im niedrigsten Gang anfährt: a) der Zufluß
des hydraulischen Druckmittels zu den Kupplungen wird in an sich bekannter Weise
von einem gemeinsamen Steuerschieber gesteuert, b) der hydraulisch verstellbare
Steuerschieber wird einerseits vom hydraulischen Druckmittel, andererseits von einer
dauernd wirkenden Rückstellkraft, z. B. einer Feder, beaufschlagt, wobei die Rückstellkraft
im Sinne einer Rückstellung des Schiebers in eine Ausgangsstellung wirkt, c) entsprechend
der Anzahl der Getriebeschaltstufen sind diesen zugeordnete Ventile für das hydraulische
Druckmittel vorhanden, d) der Steuerschieber verbindet in seiner Ausgangslage
das eine Ventil mit der Kupplung für die niedrigste Gangstufe, e) das oder die anderen
Ventile sind in die Leitung bzw. die Leitungen von der Druckmittelquelle zur hydraulischen
Druckseite des Steuerschiebers eingeschaltet.
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Es ist bereits eine hydraulische Vorrichtung zum wahlweisen Schalten
von Wechselkupplungen be-
kanntgeworden, bei der mit einem Steuerschieber
eine der Kupplungen ein- und die andere ausgerückt wird. Diese Steuervorrichtung
ist aber nicht in der Lage, dafür zu sorgen, daß das Getriebe stets selbststätig
im 1. Gang wieder anfährt, nachdem das Steuermittel ausgefallen ist.
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Bei- der oben beschriebenen Steuervorrichtung nach der Erfindung kann
zum Zwecke der Beruhigung der Strömungsvorgänge und damit zur größeren Sicherheit
der Schaltvorgänge in der Leitung zwischen dem den Zufluß beeinflussenden Ventil
und dem Steuerschieber in bekannter Weise ein Windkessel vorgesehen sein.
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Auch kann in den Leitungen zwischen dem Steuerschieber und den Kupplungen
in ebenfalls bekannter Weise je ein den Druck oder die Strömung regelndes
Drosselventil vorgesehen sein.
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Die Fig. 1 bis 8 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung,
und zwar
Fig. 1 ein zweistufiges bzw. vierstufiges Getriebe,
das ohne Zugkraftunterbrechung schaltbar ist, Fig. 2 bis 4 eine elektrohydraulische
Steuerung für dieses Getriebe, wobei Fig. 2 dem Leerlauf, Fig. 3
dem
1. Gang und Fig. 4 dem 2. Gang zugeordnet ist; Fig. 5 zeigt eine bestimmte
Stellung eines Steuerschiebers; Fig. 6 bis 8 zeigen den mechanischen
Steuerschalter einer mechanisch-hydraulischen Steuerung.
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Auf einer Antriebswelle 10, die mittels eines Antriebsflansches
11 an eine Kraftmaschine angeschlossen sein kann, ist für den 1. Gang
ein Ritzel 12 aufgekeilt und für den 2. Gang ein Zahnrad 13 drehbar, aber
unverschiebbar, gelagert. Das Zahnrad 13
ist mit einer geschlitzten Glocke
14 versehen, in die in bekannter Weise Außenlamellen 15 einer Lamellenkupplung
18 eingreifen. Die zugehörigen Innenlamellen 16 greifen in einen Innenkörper
17 ein, der auf der Antriebswelle befestigt ist. Mit der Antriebswelle ist
ferner ein Kolben 19 verbunden, der in einem Kupplungsschaltzylinder 20 geführt
ist, so daß beide einen Zylinderraum 21 bilden. Der Kupplungszylinder 20 ist auf
der Antriebswelle 10 verschiebbar gelagert und wird von Federn 22, die sich
am Kolben 19 abstützen, ständig im Sinne des Entkuppelns belastet. Dem Zylinderraum
21 kann durch eine Druckleitung 23 in der Antriebswelle ein Druckmedium,
z. B. Öl,
zugeführt werden.
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Auf einer Zwischenwelle 24 ist ein in das Ritzel 12 eingreifendes
Zahnrad 25 aufgekeilt. In das Zahnrad 13 greift ein Ritzel
26 ein, das im Getriebegehäuse gelagert und mit einem Abtriebsflansch
27 versehen ist. Die Zwischenwelle 24 ist in diesem Ritzel gelagert. Das
Ritzel 26 ist wie das Zahnrad 13 mit einer zu einer Kupplung
28 gehörenden Glocke 29 versehen, in deren Schlitze Außenlamellen
30 eingreifen. Die Innenlamellen 31 greifen in einen Innenkörper
32
ein, dessen zentrale Bohrung mit einem Innengewinde versehen ist. Die Zwischenwelle
24 trägt ein Außengewinde 33, auf dem sich der Innenkörper 32 schraubend
bewegen kann. Zur Abtriebsseite hin ist die Schraubbewegung durch den Bund 34 begrenzt.
Wie die Antriebswelle ist auch die Zwischenwelle mit einem Kolben 35 in einem
Kupplungsschaltzylinder 36 versehen. Beide bilden den Zylinderraum
37.
Federn 38 belasten auch diesen Zylinder ständig im Sinne des Entkuppelns.
Im Unterschied zum Schaltzylinder 20 auf der Antriebswelle 10 ist bei dem
Schaltzylinder 36 auf der Zwischenwelle 24 für die Bewegungsrichtung im Sinne
des Einkuppelns ein Anschlag 39 vorhanden. Der Zylinderraurn 37 kann
durch die Druckleitung 40 mit einem Druckmittel gefüllt werden.
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Zur Steuerung beider Kupplungen 18 und 28 ist ein gemeinsamer
Steuerzylinder 41 vorgesehen, der einen Steuerschieber 42 enthält. Dieser Steuerschieber
wird durch eine Feder 43 ständig nach einer Seite gedrückt. Die Spannung der Feder
kann einstellbar sein. Die Feder könnte auch durch ein hydraulisches Polster ersetzt
werden. Zwischen zwei Steuerkanten des Steuerschiebers 42 ist an dem Steuerzylinder
eine Zuleitung 44 angeschlossen, die von einem Steuerventil 45 kommt. Das Steuerventil
besitzt zwei Dichtflächen 46, 47, die von einem Ventilteller 48 geschlossen werden
können. Die Dichtflächen gehören zu einer Entlastungsöffnung 49 und zu einer Druckleitung
50, die von einer Pumpe 51 kommt. Das Ventil wird durch einen Elektromagneten
52 betätigt, und zwar so, daß bei stron)losem Magneten die öffnung der Dichtfläche
47 zur Druckleitung und bei erregtem Elektromagneten die Entlastungsöffnung 49 geschlossen
ist.
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An dem der Feder 43 entgegengesetzten Ende des Steuerschiebers 42
ist der Steuerzylinder über eine Leitung 53, ein Drosselventil 54 mit Einstellschraube
55 und eine Leitung 56 an ein Steuerventil 57 angeschlossen,
das ebenfalls zwei Dichtflächen 58, 59 aufweist, welche wechselweise von
einem Ventilteller 60
geschlossen werden können, je nachdem, ob ein
das Ventil betätigender Elektromagnet 61 erregt ist oder nicht. Eine der
beiden Dichtflächen gehört zu einer Entlastungsöffnung 62, die andere zu
einer Verbindungsleitung 63 zur Druckleitung 50. An diese Leitung
50 ist noch ein überdruckventil 64 angeschlossen, das schematisch durch einen
von einer Feder 65 belasteten Kolben 66 dargestellt ist. Die Spannung
dieser Feder kann einstellbar sein. Von dem überdruckventil geht eine Rücklaufleitung
67 in den Vorratsbehälter 68. Die Pumpe 51 wird versorgt durch
die Ansaugleitung 69.
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In den Stromkreisen der beiden Elektromagneten liegen zwei Schalter
70 und 71. An die Leitung 44 zwischen dem Steuerschieber 41 und dem
Steuerventil 45 kann ein Windkessel 72 angeschlossen sein. Ferner kann in
den Leitungen 40 und 23 je ein den Druck oder die Strömung des Mediums regelndes
Ventil eingebaut sein (nicht dargestellt).
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In Fig. 1 ist mit starken Strichen ein 2-Gang-Getriebe gezeigt.
Mit strichpunktierten Linien ist ein zweites 2-Gang-Getriebe eingezeichnet, so daß
beide zusammen vier Gänge ergeben. Auf diese Weise kann ein Getriebe mit einer beliebigen
Stufenzahl aus Baukasteneinheiten zusammengestellt werden, wobei die einzelnen Einheiten
nicht -versetzt angeordnet zu sein brauchen, wie Fig. 1 zeigt, sondern sie
können auch in der Form sogenannter Windungsstufen zusammengestellt sein.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Im Leerlauf (Fig. 2) sind beide Schalter
70 und 71 geöffnet und die beiden Elektromagnete 62 und
61 stromlos, so daß die beiden Ventiltefier 48 und 60 abgesenkt sind.
Die Dichtflächen 47 und 59 sind somit geschlossen und die Entlastungsöffnungen
49 und 62 mit den Leitungen 44 und 56153 verbunden. über die Leitungen
53, 56 und die Öffnung 62 ist der Raum 73 unter dem
Steuerschieber 42 drucklos, so daß der Steuerschieber 42 durch die Feder 43 in seine
unterste Lage geschoben ist. Die Zylinderräume 21 und 37 beider Kupplungen
sind entlastet, nämlich der Zylinderraum 21 über Leitung 23, Raum 74, Steuerzylinder
41, öffnung 75 und der Zylinderraum 37 über Leitung 40, Steuerzylinder
41, Leitung 44, Steuerventil 45, Öffnung 49. Der Kupplungsschaltzylinder 20 ist
von den Federn 22 gemäß Fig. 2 nach links gedrückt, so daß die Lamellen
15, 16 lose liegen, d. h. die Lamellenkupplung 18 ist geöffnet.
Da der Zylinderraum 37
auch drucklos ist, ist der Zylinder 36 von den
Federn 38 ebenfalls nach links geschoben, so daß auch die Lamellen
30, 31 gelöst sind, und zwar ist dies der Fall, obwohl der Innenkörper
32 durch nicht dargestellte, sich gegen den Bund 34 abstützende Federn nach
links verschoben ist. Ein weiteres Verschieben nach links ist durch einen nicht
dargestellten Anschlag verhindert. Es ist also auch die Kupplung 28 geöffnet,
d. h., sowohl der 1. als auch der 2. Gang ist ausgerückt.
Zum
Einrücken des 1. Ganges (Fig. 3) wird der Schalter 70 eingeschaltet
und damit folgender Stromkreis geschlossen: Negativer Pol der Stromquelle, Leitung
76, Schalter 70, Leitung 77, Elektromagnet 52, Leitungen
78 und 79 zum Pluspol. Der Elektromagnet wird erregt und damit der
Ventilteller 48 angehoben, so daß die öffnung der Dichtfläche 46 geschlossen und
die öffnung der Dichtfläche 47 geöffnet wird. Damit kann jetzt Druckmittel auf folgendem
Wege zum Zylinderraum 37 strömen: Ansaugleitung 69, Pumpe
51, Druckleitungen 81 und 50, öffnung der Dichtfläche 47, Leitung
44, Steuerzylinder 41, Leitung 40. Infolge des Drucks im Zylinderraum
37
wird der Zylinder 36 gemäß Fig. 3 nach rechts verschoben,
so daß die Außen- und Innenlamellen zwischen dem Zylinder 36 und einem Flansch
80 des Innenkörpers 32 zusammengepreßt werden. Die Kupplung
28 ist somit eingerückt, so daß die Kraftübertragung vom Antriebsflansch
11 (Fig. 1) aus über die Antriebswelle 10, Ritzel 12, Zahnrad
25,
Zwischenwelle 24, Kupplung 28, Ritzel 26 zum Abtriebsflansch
27 erfolgt. Von dem Ritzel 26 wird auch das Zahnrad 13 angetrieben,
was aber ohne Wirkung bleibt, da die Lamellenkupplung 18 ausgerückt ist.
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Zum Einrücken des 2. Ganges (Fig. 4) wird zusätzlich zum Schalter
70 auch der Schalter 71 eingeschaltet, so daß außer dem den Elektromagnet
52 erregenden Stromkreis auch folgender Stromkreis geschlossen wird: Negativer
Pol der Stromquelle, Leitung 76,
Schalter 70, Schalter 71, Leitung
84, Elektromagnet 61, Leitungen 85, 86, 79, Pluspol. Der Elektromagnet
61 wird erregt, der Ventilteller 60 angehoben, die öffnung der Dichtfläche
58 geschlossen und die Öffnung der Dichtfläche 59 geöffnet, so daß
Druckmedium von der Pumpe 51 aus auf dem Weg über Druckleitung
81, Verbindungsleitung 63, öffnung der Dichtfläche 59, Leitung
56, Drosselventil 54, Leitung 53 in den Raum 73 unter den Steuerschieber
42 aelangL Der Druck der Feder 43 wird überwunden und je nach Einstellung
des Drosselventils 54 wird der Steuerschieber 42 gemäß Fig. 4 schnell oder langsam
nach oben verschoben. Bevor der Steuerschieber seine obere Grenzlage einnimmt, ergibt
sich für eine am Drosselventil 54 einstellbare Zeit eine Zwischenstellung des Steuerschiebers,
die in Fig. 5 dargestellt ist. In dieser Zwischenstellung erhalten beide
Kupplungen gleichzeitig das Druckmittel, und zwar die Kupplung 28 wie vorher
beschrieben auf dem Wege Pumpe 51, Leitungen 81, 50, Öffnung der Dichtfläche
47, Leitung 44, Steuerzylinder 41, Leitung 40, Zylinderraum 37. Die Kupplung
28 bleibt eingerückt. Der Zylinderraum 21 der Lamellenkupplung
18 erhält vom Steuerzylinder aus durch die Leitung 23 Druckmedium
und wird gefüllt. Der Kupplungsschaltzylinder 20 bewegt sich gemäß Fig. 4 nach rechts
und preßt die Lamellen 15, 16 gegen den Bund des Innenkörpers 17.
Die Lamellenkupplung 18 wird eingerückt.
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Nachdem die Lamellenkupplung 18 eingerückt ist, verläuft der
Kraftfluß vom Antriebsff ansch 11 aus über die Antriebswelle 10, Kupplung
18, Zahnrad 13
und Ritzel 26 zum Abtriebsflansch 27.
Durch die übersetzung des Räderpaares 13, 26 ins Schnelle läuft das Ritzel
26 schneller als die Abtriebswelle. Der Innenkörper 32 der Kupplung
28 schraubt sich auf der Zwischenwelle 24 gemäß Fig. 4 nach rechts, bis sich
sein Flansch 80 von den Lamellen 30 und 31 löst und an den
Bund 34 anstößt. Da der Zylinder 36 an der Schulter 82 anliegt und
der Schraubmuffe 32 nicht folgen kann, ist die Kupplung 28 damit ausgerückt.
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Im weiteren Bewegungsverlauf nimmt der Steuerschieber 42 schließlich
die in Fig. 4 gezeigte oberste Stellung ein. Dadurch behält zwar der Kupplungszylinder
21 sein Drucköl und die Lamellenkupplung 18 bleibt eingerückt, aber der Zylinder
37 der Kupplung 28 wird jetzt über die Leitung 40 und den Steuerzylinder
41 mit der Abflußleitung 83 verbunden. Der Schaltzylinder 36 wird
durch die Feder 38 gemäß Fig. 4 nach links in die Ausgangslage geschoben.
Die Schraubmuffe 32 wird durch die nicht gezeichneten, oben erwähnten Federn
nach links geschraubt, womit diese Kupplung dann ihre dem Betrieb im 2. Gang entsprechende
Ruhelage und zugleich die Bereitschaftstellung zum Einrücken des 1. Ganges
eingenommen hat.
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In Fig. 4 ist die Schraubmuffe 32 in ihrer äußersten rechten
Stellung gezeigt, kurz bevor sie von den nicht gezeichneten Federn nach links verschoben
wird. Diese Darstellung soll lediglich die Kraftflußverhältnisse veranschaulichen.
In Wirklichkeit folgt die Schraubmuffe 32 sofort dem Schaltzylinder
36 nach links, und zwar so, daß der ausgekuppelte Zustand erhalten bleibt.
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Würde während des Betriebs im 2. Gang der Stroin ausfallen, so würde,
wenn auch die Pumpe 51 steheii bleibt, der Druck des Betriebsmittels sinken
und der Steuerschieber 42 von der Feder 43 in seine untere Lage geschoben werden,
die dem 1. Gang entspricht (s. Fig. 3). Das Getriebe wird also jedenfalls
mit dem 1. Gang wieder anfahren, auch wenn der Schalter 71
geschlossen
bleibt. Erst wenn der öldruck hinreichend angestiegen ist, wird der Steuerschieber
zunächst in die Zwischenstellung nach Fig. 5 geschoben. Beide Kupplungen
erhalten vorübergehend Druck, und erst wenn der Steuerschieber in seiner obersten
Grenzlage anggelangt ist, ist der Betriebszustand »2. Gang« wiederhergestellt. Es
ist also ein sofortiges Anfahren im 2. Gang nicht möglich.
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Während die Fig. 2 bis 5 eine Anlage mit elektrischer Betätigung
der Steuerventile zeigen, ist in den Fig. 6 bis 8 ein Ausführungsbeispiel
mit mechanischer Betätigung gezeigt. Die Anschlußleitungen sind in Fig.
6 bis 8 genauso bezeichnet wie in den Fig. 2 bis 5, es entspricht
also Fig. 6 dem Leerlauf, Fig. 7
dem 1. Gang und Fig.
8 dem 2. Gang.
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Der in die Leitung 44 eingefügte Windkessel hat die Aufgabe, in bekannter
Weise die Strömungsvorgänge zu beruhigen. Unter bestimmten Voraussetzungen kann
es auch von Vorteil sein, in die Leitungen 23 und 40 je ein den Druck
oder die Strömung regelndes Ventil einzufügen, um damit die Schaltgeschwindigkeit
zu beeinflussen. Hierfür sind Druckminder- oder Drosselventile geeignet.
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Für den Steuerschieber 42 wird die Zeit, während der der gleichzeitige
Druckmittelzufluß zu den beiden Kupplungen 18 und 28 offen ist, durch
die Einstellung des Drosselventils 55 bestimmt. Die Zeit für den Hub des
Steuerschiebers kann aber auch auf andere Weise vorbestimmt werden. So kann beispielsweise
statt des Drosselventils ein Druckminderventil eingebaut sein, dessen Einstellung
von Hand oder selbsttätig zeitabhängi -verändert wird. Es können auch mehrere Drosseln
oder Druckminderer parallel angeordnet sein, die mechanisch, hydraulisch oder elektrisch
im Verlauf des Steuerschieberhubes zu- oder abgeschaltet werden.
Eine
andere Möglichkeit besteht darin, den Steuerschieber in der Zwischenstellung durch
einen Anschlag festzuhalten. Dieser Anschlag kann dann in einer vorbestimmten Zeit
durch ein mechanisches, hydraulisches oder elektrisches Stellglied entfernt werden,
wie allgemein bekannt ist.
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Die Erfindung ist nicht auf zweistufige Getriebe bzw. Getriebe mit
gerader Stufenzahl beschränkt, sondern auch bei dreistufigen Getrieben bzw. bei
Getrieben mit ungerader Stafenzahl anwendbar. Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung
kann bei allen Stufengetrieben, die mit Hilfe von Kupplungen geschaltet werden,
beispielsweise auch bei Reibradgetrieben, angewendet werden.