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Einrichtung für das Stillsetzen einer sich drehenden Welle in einer bestimmten Lage
Bei servomotorlsch angetriebenen Geräten, insbesondere beiSchaltwerkenmitFernsteuerung für elektrische Triebfahrzeuge mit sogenanntem Stellungszwang wurden Anordnungen bekannt, die ein Stillsetzen
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derüber ein Vorgelege und eine Rutschkupplung mit dem elektrisch angetriebenen Servomotor verbundenen Triebwelle eines Schaltwerkes eine Rastenscheibe anzuordnen, die einen oder mehrere Ausschnitte für einen oder mehrere, meist elektromagnetisch gesteuerte Riegel aufweist. Bisher waren mehrere Riegel bei drehrichtungsabhängiger Ausführung der Rastenscheibenausnehmung erforderlich.
Der Riegel fällt, wenn der Bremsimpuls gegeben ist, in die Ausnehmung der Rastenscheibe ein und setzt dadurch die Schaltwerkswelle still. Die durch den Antrieb noch vorhandene kinetische Energie wird teils von der Rutschkupplung, teils von der Rastenscheibenverriegelung aufgenommen.
Es wurden auch Konstruktionen bekannt, bei denen nach einem gegebenen Bremsimpuls die Verriege- lung über eine Rastenscheibe unabhängig von der Drehrichtung undeinem eventuellen Gegenimpuls erfolgt.
DerAntrieb der Schaltwerkswelle durch einen Servomotor kommt vor allem bei halb-oder vollautomatischen Vielfachsteuerungen in Frage, der Schaltwerkswellenantrieb kann aber auch bei nichtautomatischer Steuerung von Hand aus, eventuell über eine Transmission, die wegen der Reduktion der Verstelt- kräfte günstig ist, erfolgen.
Alle bis jetzt in der Technik üblichen Verriegelungen bzw. Vorrichtungen für das Stillsetzen einer sich drehenden Welle in einer bestimmten Lage haben den Nachteil, dass der Riegelbolzen und die mit ihm zusammenwirkende Rastenscheibe einen mehr oder minder grossen Teil der durch die Schaltwerkswelle übertragenen Wucht aufnehmen müssen bzw. alle auf der Welle angebrachten Getriebe- und Kupplungsteile hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, muss man daher bestrebt sein, die Schaltwerkswelle schon vor Erreichung derEndlage einesSchaltschrittes abzubremsen, damit kein oder nur ein sehr geringer Teil der von der Welle übertragenen kinetischen Energie am RLegelanschlag wirksam wird. Dies könnte z. B. einfach durch einen entsprechend voreilenden Ausschnitt in der Rastenscheibe erreicht werden, kommt aber während der Bremsung ein Gegenimpuls oder wird ein Startbefehl frühzeitig zurückgenommen, so steht dann nicht mehr der volle Bremsweg zur Verfügung und der Anschlag wird wieder stark belastet.
Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Einrichtung zum Stillsetzen einer sich drehenden Welle unabhängig von der Drehrichtung in einer bestimmten Lage, wobei durch das Zusammenwirken einer mit der Schaltwerkswelle kraftschlüssig verbundenen Rastenscheibe mit einer gegen die Kraftwirkung einer Feder drehbeweglichauf der Welle sitzenden Verriegelungsscheibe ein Einfallen des Riegelbolzens und damit der Beginn der Bremsung mit späterer Stillsetzung der Schaltwerkswelle nur dann möglich ist, wenn ein bestimmter, für die Bremsung der Welle notwendiger Bremsweg, in der Praxis kann dieser mit 80 Winkelgraden'angenommen werden, zur Verfügung steht.
AnHand der beiliegendenZeichnungen soll der Aufbau und die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Einrichtung genauer beschrieben werden.
Der Gesamtaufbau der Einrichtung für das Stillsetzen einer sich drehendenwelle in einer bestimmten
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Lage ist in Fig. 1 dargestellt, wobei der linke Teil der Fig. 1 die Vorderansicht teilweise im Schnitt GH des Seitenrisses der Fig. 1 und der rechte Teil den Seitenriss im Schnitt EF der Vorderansicht zeigt, die Fig. 2-5 stellen Details der erfindungsgemässen Einrichtung dar.
Auf der Welle 5 sitzt, über den Bolzen 14 mit ihr kraftschlüssig verbunden, eine Hülse 20 mit einer darauf starr, z. B. durch Schweissen befestigten Rastenscheibe 3. Die Rastenscheibe 3 besitzt einen zirka 80 Winkelgrade grosse segmentförmige Ausnehmungen 4 und ist mit ihrer Hülse 20 gegen die Wirkung einer Feder 11 geringfügig axial verschiebbar. Damit die Rastenscheibe 3 axial verschoben werden kann, muss bei fester Lage des Bolzens 14 die Hülse 20 eine entsprechende Führungsnut 16 aufweisen (Fig. 2).
Die Feder 11 wird zwischen der Scheibe 3 und dem Kragen einer topfförmigen Distanzhülse 13 mit zwei Nasen 15 (Fig. 3) gehalten, wobei die Nasen 15 zur Halterung der Hülse am Bolzen 14 dienen. Auf der Schaltwerkswelle 5 sitzt weiters eine mit ihr über den Bolzen 17 starr verbundene Hülse 19, auf welcher die Distanzhülse 21 mit der Verriegelungsscheibe 6 drehbar angeordnet ist. Die Verriegelungsscheibe 6. mit einer ungefähr dem Riegelbolze'1durchmesser angepassten Ausnehmung ist starr auf der Hülse 21 befestigt und trägt zwei Anschlagbolzen 12 sowie einen unterhalb der Ausnehmung für den Riegelbolzen 7 angebrachten Bolzen 18, welcher mit einem Ende der Schraubenfeder 8 in kraftschlüssiger Verbindung steht.
Die hochgezogenen Enden der Feder 8, welche ein wesentliches KonstruktionselementfürdasFunktionie" ren der Verriegelungseinrichtung darstellen, werden einerseits durch den Bolzen 18, anderseits durch einen auf der im Raume feststehenden Kulisse 2 angeordneten Bolzen 9 gehalten (Fig. 4). Die Kulisse 2 ist an einem in der Zeichnung nicht ersichtlichen feststehendenRahmen beispielsweise mittels Schrauben 23 befestigt.
Die Rastenscheibe 3 sowie die Verriegelungsscheibe 6 besitzen auf der einander zugewandten Fläche diametral gegenüberliegende, jedoch mit verschiedener radialer Entfernung vom Drehungsmittelpunkt angeordnete Reibflächen 10 bzw. 22. Der hiegelbolzen 7, welcher in die Ausnehmung 4 der Rastenscheibe 3 beim Bremsvorgang der Schaltwerkswelle 5 eingreift, ist mit dem z. B. elektromagnetisch gesteuerten Riegel l starr verbunden oder in Wälzlagern drehbeweglich gehalten. Der Riegelbolzen 7 besitzt zwei an ihm befestigte Wälzlager 24, durchwelche eine fast reibungslose Führung des Bolzens 7 in der Ausnehmung der Kulisse 2 gewährleistet wird.
Um die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Einrichtung zur Stillsetzung der Schaltwerkswelle zu erläutern, wird zuerst angenommen, dass derAntriebsmotor der Schaltwerkswelle eingeschaltet ist und die Welle 5 langsam durchgedreht wird. In diesem Zustand, wenn also noch kein Bremsbefehl gegeben ist, muss der Riegel 1 mit Bolzen 7 hochgezogen sein. Betrachtet man nun den Fall, dass die Welle 5 im Uhrzeigersinn langsam gedreht wird, so nimmt die auf der Welle 5 in bezug auf Drehung starrsitzendeRa- stenscheibe 3 infolge kraftschllissigex Verbindung derrechten Kanten ihrer Reibungsflächen 10 mit den linken Kanten der Reibungsflächen 22 die mit letzteren fest verbundene Verriegelungsscheibe 6 bei gleichzeitigemSpannen der Feder 8 mit.
Die Verriegelungsscheibe 6 kann sich jedoch nur so lange mitdrehen, bis der an ihr angebrachte, in Fig. 1 links eingezeichnete Bolzen 12 an die im Raum feststehende Kulisse 2, an deren linker unterer Kante anschlägt und dadurch eine weitere Drehung der Verriegelungsscheibe 6 verhindert. Dasich aber die Schaltwerkswelle 5 mit derRastenscheibe 3 weiterbewegt, muss die Reibungfläche 10 an der Reibungsfläche 22 vorbeigleiten können. Dies wird durch geeignete Kantenausbildung (Fig. 5, SchnittCD in Fig. l) der zusammenwirkendenReibflächen und durch die axiale Beweglichkeit der einen mit der Rastenscheibe verbundenen erreicht.
Somit gleiten also bei durch denAnschlagbolzenl2sttllgehaltener Verriegelungsscheibe 6 mit ihrenReibungsflächen 22 die Reibungsflächen 10 derRastenscheibe 3 unter gleichzeitiger axialer Verschiebung dieser Reibungsfläehen mit derRastenscheibe 3 und der Hülse 20 gegen die Wirkung derFeder 11 an den erstgenannten Reibungssegmenten vorbei. Ist dies geschehen, kann die Verriege- lungsscheibe 6 in ihrer vorbeschriebenen Lage nicht mehr gehalten werden und diese wird durch die Kraftwirkung der gespannten Feder 8, da das eine Ende der Feder 8 durch den an der Kulisse 2 angebrachten Bolzen 9 festgehalten und das andere durch den Bolzen 18 und der Scheibe 6 mitgedreht wurde, in ihre Ausgangslage zurückgebracht.
Die Verriegelungsscheibe hat, während sich die Scheibe 3 weiterdreht, eine Pendelbewegung von zirka 90 Winkelgraden durchgeführt. Diese Pendelbewegung wiederholt sich bei jeder kompletten Umdrehung der Schaltwerkswelle 5.
Wird nun zu irgendeinem Zeitpunkt der Bewegung der Schaltwerkswelle ein Bremsbefehl gegeben, wobei dieBremsung derSchaltwerkswelle durch Kurzschlussbremsung'desServomotors erfolgen soll, so muss der die Bremsung einleitende, d. h. den Bremsbefehl an den Servomotor gebende Riegel 1 mit Riegelbolzen 7 in die Ausnehmung 4 der Rastenscheibe 3 eingreifen. Dies kann aber nur in der in Fig. 1 gezeichneten Lage der Verriegelungsscheibe 6 zur Rastenscheibe 3 geschehen. Der Riegelbolzen 7 befindet sich dann in derStellung B. In jeder anderen Stellung der beiden Scheiben zueinander, d. h., in jeder anderen
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Bewegungsphase verhindert die den gleichen Durchmesser wie die Rastenscheibe aufweisende Venige- lungsscheibe 6 den Riegelbolzen 7 an einem Eingreifen.
Somit wird erreicht, dass der Bremsbeginn und die damit verbundene spätere Stillsetzung der über einen elektrischen Servomotor angetriebenen Schaltwerkswelle nur dann erfolgen kann, wenn der für eine sanfte Stillsetzung notwendige Bremsweg von zirka 80 Winkelgraden zur Verfügung steht.
Wird die Schaltwerkswelle entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn gedreht, so dreht sich zuerst nur die Rastenscheibe 3 mit und die Verriegelungsscheibe 6 bleibt vorläufig in der aus Fig. l ersichtlichen Lage.
Dies gilt so lange, bis die linken Kanten der Reibungssegmente M die rechten Kanten der Reibungsflä- chen 22 berühren und durchKraftschluss diese und damit auch die Scheibe 6 in ihrer durch die Schaltwerkswelle 5 aufgezwungenen Drehbewegung mitnehmen. Ist dies geschehen, so dreht sich 6 wieder so lange mit 5 bzw. 3 unter Spannung der Feder 8 mit, bis der in Fig. 1 rechts eingezeichnete Bolzen 12 die rechte untere Kante der feststehenden Kulisse 2 berührt und damit ein Weiterdrehen der Verriegelungsscheibe unmöglich macht.
Dann gleiten beigleichzeitiger axialer Verschiebung von 3 die Reibflächen 10 und 22 aneinander vorbei und die Verriegelungsscheibe wird durch die gespannte Feder 8 wieder in ihre ursprüngliche Lage zurückgebracht. Auch hier pendelt die Scheibe 6 bei jeder kompletten Umdrehung der Schaltwerkswelle um zirka 90 Winkelgrade, jedoch in. entgegengesetztem Sinne wie bei der Bewegung im Uhrzeigersinn.
Bei einem Bremsbefehl kann der Riegelbolzen wieder nur in einer einzigen Stellung in die Ausnehmung 4 einrasten u. zw. dann, wenn die linke Kante von 10 die rechte Kante von 22 berührt, d. h., wenn die in Fig. 1 mit A bezeichnete Stelle sich mit der Stelle B deckt. Bei jeder anderen Stellung wird entweder von derVerriegelungsscheibe 6 oder von der Rastenscheibe 3 ein Eingreifen des Riegelbolzens 7 verhindert. Auch hier ist bei Beginn der Bremsung wieder der volle Bremsweg vorhanden.
Ist nun der Riegelbolzen 7 in der StellungA oder B, je nach Drehsinn der Schaltwerkswelle, eingefal- len und die Bremsung eingeleitet, so dreht sich nur die Rastenscheibe 3 weiter, die Scheibe 6 verharrt in der in Fig. 1 eingezeichneten Stellung, da der Bolzen 7 eine Mitdrehung dieser mit 3 verhindert. Damit sich aber 3 bei feststehender Scheibe 6 weiterdrehen kann, muss die Reibungsfläche 10 an 22 bei gleichzeitiger geringfügiger axialer Verschiebung von 3 vorbeigleiten. Wenn die beiden Reibflächen ganz aneinander vorbeigegl1tLen sind, somit die beiden Reibflächen ausser Eingriff stehen, ist auch die Bremsung der Schaltwerkswelle beendet und der Riegelbolzen 7 schlägt an die Begrenzung der Ausnehmung 4 an und verhindert unter allen Umständen ein Weiterdrehen der Rastenscheibe und der Schaltwerkswelle.
Wird während eines eingeleiteten Bremsvorganges der Bremsbefehl durch Anheben des Riegels 1 mit Bolzen 7 zurückgenommen, so fällt natürlich das Festhalten der Verriegelungsscheibe 6 durch 7 weg und die Rastenscheibe 3 nimmt infolge des Zusammenwirkens der Reibflächen 10 mit 22 die Scheibe 6 in ihrer Drehbewegung mit. Die Reibungshaftkraft zwischen 10 und 22 wird durch die Anpresswirkung der Feder 11 noch verstärkt. Das Mitnehmen der Verriegelungsscheibe erfolgt so lange, bis entsprechend der Drehrichtung der linke oder rechte Bolzen 12 an die linke oder rechte Unterseite der Kulisse 2 anschlägt und ein Zurückpendeln der Verriegelungsscheibe infolge der Federwirkung von 8 in ihre Ursprungslage auslöst.
Folgt nun knapp nach Zurücknahme des Bremsbefehls ein neuer, so kann der Riegel 7, da sich 6 bereits ein Stückchen nach links oder rechts, je nach Drehrichtung, weitergedreht hat, nicht mehr in die Ausnehmung 4 einfallen, d. h., es kann kein Bremsbefehl an den elektrischen Servomotor weitergegeben werden. Ein solcher ist erst dann wieder möglich, wenn die Verriegelungsanordnung sich in der Bremsbereitschaftstellung befindet, d. h., der volle Bremsweg wieder zur Verfügung steht.
Der Nachteil der hohen mechanischen Beanspruchung des Regelbolzens der Rastenscheibe sowie der auf der Schaltwerkswelle angebrachten Getriebe-bzw. Kupplungsteile wird somit durch die erfindungs- gemässe Vorrichtung für das Stillsetzen einer sich drehenden Welle in einer bestimmten Lage vermieden und dadurch hebt sich diese vorteilhaft gegenüber bekannten Verriegelungsvorrichtungen ab.
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