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Vorrichtung zur Schalterleichterung von Zahnkupplungen od. dgl., insbesondere für Grosskraftanlagen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schalterleichterung von Zahnkupplungen od. dgl, ins- besondere für Grosskraftanlagen.
Beim Bau von solchen Grosskraftanlagen, insbesondere von Bohranlagen für Erdöl oder Erdgas, sind
Getriebe mit Zahnkupplungen bekannt, die infolge ihrer hohen Betriebssicherheit Reibungskupplungen vorgezogen werden. Soll nun auf eine andere Geschwindigkeit umgeschaltet werden, d. h. sollen verbundene Zahnkupplungen gelöst und andere Zahnkupplungen verbunden werden, so erfordert dieser
Schaltvorgang, dass entweder die relative Drehzahl der zu verbindenden Zahnkupplungshälften gleich gross gemacht, oder dass die Drehzahl vor dem Schaltvorgang auf Null herabgesetzt werden muss.
Da bei den in Grosskraftanlagen verwendeten Getrieben grosser Leistung grosse bewegte Massen vorhanden sind, ist es nicht möglich, die relative Geschwindigkeit zwischen den beiden Zahnkupplungshälften gleich gross zu machen, wie dies beispielsweise bei den synchronisierten Getrieben von Kraftfahrzeugen der Fall ist, und es müssen daher vor dem Schaltvorgang diese Zahnkupplungshälften bis zum Stillstand abgebremst werden.
Diese Abbremsung erfolgt meist mittels einer Trommel, die mit der zu bremsenden Welle verbunden ist und auf welche das Bremsmoment durch ein Band, einen Bremsklotz oder einen pneumatischen Balg aufgebracht wird. In allen diesen Fällen bleibt die Welle nach dem Bremsvorgang blockiert und kann erst nach Lösen der Bremse wieder gedreht werden. Ist jedoch die Welle blockiert, so bereitet es in der Regel Schwierigkeiten, die beiden Zahnkupplungshälften miteinander in Eingriff zu bringen, da die Wahrscheinlichkeit, dass ein Zahn der einen Hälfte genau in eine Lücke der andern Hälfte trifft, sehr gering ist. Um diesen Nachteil zu beseitigen, wurde bereits vorgeschlagen, die Zähne abzurunden, jedoch war auch dann die Durchführung des Schaltvorganges meist nur sehr schwer und oftmals tiberhaupt nicht möglich.
Es war daher in den meisten Fällen notwendig, die Welle einer der Zahnkupplungshälften von Hand aus zu drehen, was vor allem deshalb von wesentlichem Nachteil ist, da man heute bestrebt ist, sämtliche Steuervorgänge von einem zentralen Steuerpult aus durch eine einzige Bedienungsperson fernzusteuern.
Um ein Weiterdrehen der Welle einer der beiden Zahnkupplungshaiften von Hand aus zu vermeiden, wurde bereits vorgeschlagen, für die Verdrehung dieser Welle einen Elektromotor zu verwenden, der mit der Welle der zu verdrehenden Zahnkupplungshälfte über eine Freilaufkupplung verbunden ist.
Die Verwendung eines Elektromotors sowie einer Freilaufkupplung, die einen komplizierten Aufbau aufweist, insbesondere bei solchen Vorrichtungen, die bei rauher Betriebsweise, beispielsweise im Bohrbetrieb, eingesetzt werden, bringt jedoch eine sehr grosse Störungsanfälligkeit dieser Vorrichtungen mit sich, insbesondere dann, wenn sie in ihrer Wirkungsrichtung umschaltbar sein sollen. Ausserdem wird der Anschaffungspreis einer Vorrichtung durch solche Freilaufkupplungen wesentlich erhöht.
Die Erfindung sucht die oben angeführten Nachteile zu vermeiden und eine Vorrichtung zur Schalt-
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erleichterung von Zahnkupplungen od. dgl. zu schaffen, bei welcher vor dem Schaltvorgang die Dreh- zahl beider Kupplungshälften durch eine Bremse, die aus einem auf eine Kupplungshälfte oder auf einen mit dieser drehfest verbundenen Teil einwirkenden, aufblähbaren Schlauch besteht, auf Null herab- gesetzt und hierauf die eine Kupplungshälfte durch eine Servovorrichtung verdreht wird.
Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, dass der aufblähbare Schlauch auf einem Flansch einer auf der Welle der zu verdrehenden Kupplungshälfte drehbar gelagerten Scheibe angeordnet ist, die einen mit zwei festen
Anschlägen zusammenwirkenden, die Drehbewegung der Scheibe begrenzenden Fortsatz aufweist, und dass für die Verdrehung der Scheibe sowie des mit dieser verbundenen Schlauches innerhalb des durch die beiden Anschläge begrenzten Bereiches zwei druckmittelbetätigbare Kolben verschiedener Grösse vorgesehen sind, von denen der kleinere Kolben dauernd vom Druckmittel beaufschlagt ist und den Fort- satz der Scheibe gegen den einen Anschlag drückt, wogegen die Druckmittelzufuhr zu dem eine Ver- drehung der Scheibe entgegen der Wirkung des kleineren Kolbens bewirkenden grösseren Kolben ge- steuert,
insbesondere ferngesteuert ist. Soll nun ein mit Zähnen versehener Teil mit einem andern der- artigen Teil verbunden werden, so wird durch Aufblasen des Balges vorerst die Trommel gebremst und die Scheibe wird dadurch gegen einen der beiden festen Anschläge gedrückt. Durch vollständiges Auf- blasen des Balges ist schliesslich nach Beendigung des Bremsvorganges der Balg mit der Trommel rei- bungsschlüssig verbunden. Können nun die beiden Zähne aufweisenden Teile nicht in Eingriff gebracht werden, so wird durch den Servomechanismus die Scheibe bzw. die mit dieser Scheibe nun verbundene
Trommel im Bereich zwischen den beiden festen Anschlägen geringfügig verschwenkt, u. zw. so lange, bis sich gerade ein Zahn des einen Teiles gegenüber einer Lücke des andern Teiles befindet, worauf dann die beiden Teile miteinander in Eingriff gebracht werden können.
Durch die erfindungsgemässe
Vorrichtung wird somit ein einfacher und sicherer Gangwechsel eines Getriebes ohne Gefahr einer Be- schädigung der Zähne gewährleistet.
Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung werden somit für die Verdrehung der einen Kupplungshälfte lediglich zwei druckmittelbetätigbare Kolben sowie zwei feste Anschläge benötigt, also konstruktiv einfache und daher störungsunanfällige Konstruktionselemente. Ausserdem ist es nicht notwendig, einen
Stromanschluss für einen Elektromotor vorzusehen, da ja die Verdrehung mittels der druckmittelbe- tätigbaren Kolben erfolgt. Das Druckmedium für diese Kolben muss ohnehin bei der Vorrichtung für die
Aufblähung des zur Bremsung verwendeten Schlauches vorgesehen sein, so dass es nicht notwendig ist, für diese Kolben eine eigene Druckmittelquelle anzuordnen.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsge- mässen Vorrichtung besteht darin, dass bei Unterbrechung der Druckmittelzufuhr der Kolben in seiner eingestellten Lage verbleibt, während ein Elektromotor nach Unterbrechung der Stromzufuhr erst ab- gebremst werden muss und somit der mit dem Elektromotor angetriebene Konstruktionsteil nach Ab- schalten des Stromes noch um einen gewissen Betrag weiterbewegt wird.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können beide Kolben in einem einzigen
Doppelkolben vereinigt sein, bei welchem eine Steuerung der Druckmittelzufuhr auf beiden Kolben- seiten erfolgt. Durch die Vereinigung der beiden Kolben in einem einzigen Doppelkolben wird eine in konstruktiver Hinsicht besonders einfache Ausführungsform erreicht. Es kann aber auch der Doppelkolben als Differentialkolben ausgebildet sein, wobei die kleinere Kolbenseite dauernd vom Druckmittel be- aufschlag ist, wogegen die grössere Kolbenseite entweder durch das Druckmittel oder durch den Atmosphärendruck beaufschlagbar ist.
In den Zeichnungen ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels schematisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemässe Vorrichtung in Ansicht und Fig. 2 im Axialschnitt. Fig. 3 zeigt in vereinfachter Darstellung ein mit einer erfindungsgemässen Vorrichtung ausgestattetes Getriebe.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung weist eine Trommel --1-- auf, die auf der mit eine Zahnkupplung verbundenen Welle --2-- aufgekeilt ist. An ihrem Umfang ist die Trommel --1-- von einem aufblasbaren Balg --3-- umgeben, der mit einer Scheibe --3a-- verbunden ist. Die über Wälzlager --4-- auf der Welle --2-- gelagert ist. Die Scheibe --3a-- weist einen Fortsatz auf, der zwischen zwei festen Anschlägen --5 und 7-- mit diesen zusammenwirkt, so dass die Scheibe --3a-- zwischen diesen Anschlägen verschwenkbar ist. An der Scheibe --3a-- greifen weiters zwei pneumatisch bewegbare Kolben--6 und 8-- an, von denen der Kolben --6-- eine kleinere und der Kolben --8-eine grössere Kolbenfläche aufweist.
Der kleinere Kolben --6-- ist ständig druckbeaufschlagt, so dass die Scheibe --3a-- mit ihrem Fortsatz am Anschlag --5-- anliegt. Wird jedoch der Kolben--8-- druckbeaufschlagt, so erfolgt dadurch, dass der Kolben --8-- grösser ausgebildet ist, eine Verschwen- kung der Scheibe --3a-- derart, dass sich ihr Fortsatz dem Anschlag --7-- nähert.
In Fig. 3 ist die Anwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung auf ein Geschwindigkeitsgetriebe
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dargestellt. Die in den Fig. 1 und 2 mit --2-- bezeichnete Welle stellt die Antriebswelle dar, auf welcher ein Kettenrad --10-- drehbar gelagert ist, und ein Kettenrad --12-- sowie ein Zahnrad --14-aufgekeilt ist. Das Kettenrad --10-- ist über Ketten miteinem fest mit der Abtriebswelle --9-- verbundenen Kettenrad-il-und das Kettenrad --12-- ist über Ketten mit einem auf der Abtriebswelle --9-- drehbar gelagerten Kettenrad --13-- verbunden. Auf der Abtriebswelle --9-- ist ferner ein Zahnrad --15-- drehfest, jedoch längsverschiebbar gelagert, das mit einer eine Innenverzahnung - aufweisenden Zahnkupplung vereinigt ist.
Diese Innenverzahnung ist mit einer auf dem Ketten- rad --13-- angeordneten Verzahnung --13a-- in Eingriff bringbar. Die Längsverschiebung des Zahnrades --15-- bzw. der mit diesem Zahnrad verbundenen Zahnkupplung erfolgt durch einen bei --20-gelagerten Hebel--19--.
Auf der Antriebswelle --2-- ist ebenfalls eine eine Innenverzahnung aufweisende Zahnkupplung - -16-- drehfest, jedoch längsverschiebbar gelagert, wobei die Verschiebung wieder durch einen bei - -18-- gelagerten Hebel --17-- erfolgt. Die Innenverzahnung dieser Zahnkupplung ist mit einer auf
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--10-- angeordneten Verzahnung --10a-- inZahnräder --14 und 15-- zu übertragen.
Zum Wechseln der Geschwindigkeitsstufe wird zuerst die Antriebswelle --2-- vom Antriebsmotor entkuppelt, worauf in den Balg --3-- Druckluft eingeführt wird. Der Balg --3-- wird dadurch gegen die Trommel--1-- gedrückt und mit dieser zusammenverdreht. Ist der Drehsinn der Antriebswelle --2-der mit dem Pfeil in Fig. 1 angezeigte, so dreht sich der Balg --3-- bzw. die mit diesem Balg verbundene Scheibe --3a-- bis der Fortsatz der Scheibe --3a-- am Anschlag --7-- anschlägt. Nun erfolgt eine Bremsung der Antriebswelle --2-- sowie der übrigen mit der Antriebswelle--2-- verbundenen Teile durch Reibung des Balges am Umfang der Trommel --1--.
Nach dem Bremsvorgang wird die Trommel --1-- zusammen mit dem Balg --3-- und der Scheibe--Sa--durch den Kolben --6-- in die vom Anschlag --5-- begrenzte Lage gebracht, in welcher der Geschwindigkeitsstufenwechsel erfolgen kann. Dieser Geschwindigkeitsstufenwechsel erfolgt zweckmässig durch Einwirkung eines Fernsteuerungsystems auf die Hebel --17 und 19-, so dass eine der Zahnkupplungen --15 und 16-ausgeschaltet und die andere der Zahnkupplungen eingeschaltet wird. Falls die gegenseitige Lage der Zähne ein in Eingriffbringen nicht zulässt, was leicht ferngemeldet werden kann, wird der grössere Kolben--8-- druckbeaufschlagt, wodurch der Balg --3-- eine Schwenkbewegung zwischen den Anschlägen--5 und 7-- durchführt.
Da der Balg --3-- fest mit der Trommel --1-- verbunden ist, wird diese Schwenkbewegung auf die Welle --2-- und damit auf die Zahnkupplung --16-- und über das Kettenrad --12-- auf das Kettenrad --13-- übertragen. Während dieser Schwenkbewegung wird die zu schaltende Zahnkupplung zwangsläufig die optimale Kupplungslage einnehmen, so dass dann der Schaltvorgang ohne Schwierigkeit durchgeführt werden kann.
Selbstverständlich können die Kolben --6 und 8-- durch einen einzigen, auf beiden Kolbenseiten druckbeaufschlagbaren Kolben ersetzt werden, oder es kann ein Differentialkolben vorgesehen sein,
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