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Die
Erfindung betrifft einen Getriebesteller mit einem Pneumatikzylinder,
der einen Zentralkolben, der zwischen einer ersten äußeren Stellung
und einer zweiten äußeren Stellung
verfahrbar ist und ein Federpaket besitzt, das ausgebildet ist,
um den Zentralkolben in eine Mittelstellung zwischen der ersten äußeren Stellung
und der zweiten äußeren Stellung vorzuspannen.
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Derartige
Getriebesteller kommen bei automatisch betätigten Getrieben zum Einsatz
und schalten insbesondere die Gänge
und die Gasse des Getriebes. Soll das Getriebe in eine andere Übersetzung
geschaltet werden, wobei die Gasse gewechselt werden muss, so wird
der Pneumatikzylinder entlüftet,
also druckfrei geschaltet. Dadurch drückt das Federpaket den Zentralkolben
in die Mittelstellung, so dass die Gasse gewechselt werden kann.
Wenn keine Druckluft anliegt, bringt das Federpaket den Zentralkolben
zudem in die Mittelstellung, so dass bei einem Druckluftausfall
eine definierte Stellung im Getriebe vorliegt.
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Nachteilig
an bekannten Getriebestellern ist, dass sie viel Bauraum benötigen und
schwer sind. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen leichteren
und kleiner bauenden Getriebesteller vorzuschlagen.
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Die
Erfindung löst
das Problem durch einen gattungsgemäßen Getriebesteller, bei dem
der Pneumatikzylinder so mit Druckluft beaufschlagbar ist, dass
der Zentralkolben in die Mittelstellung fixierbar ist.
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Vorteilhaft
an der erfindungsgemäßen Lösung ist,
dass sie weniger Bauraum benötigt.
Sie ist zudem leichter, spricht schneller an und hat einen geringeren
Energieverbrauch.
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Unter
dem Merkmal, dass der Zentralkolben mittels des Federpakets in eine
Mittelstellung zwischen der ersten äußeren Stellung und der zweiten äußeren Stellung
vorgespannt wird, ist insbesondere zu verstehen, dass die Mittelstellung
genau hälftig zwischen
den beiden äußeren Stellungen
liegen kann, was aber nicht sein muss.
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Unter
dem Merkmal, dass der Zentralkolben durch Beaufschlagung mit Druckluft
in die Mittelstellung fixierbar ist, ist insbesondere zu verstehen,
dass der Pneumatikzylinder so mit Druckluft beaufschlagbar ist,
dass sich die Mittelstellung mittels der Druckluft selbsttätig einstellt
und ein Auslenken aus der Mittelstellung eine Kraft erfordert. Die
Mittelstellung stellt sich dabei insbesondere passiv ein, d. h.,
dass die Druckluftzufuhr nicht geregelt wird.
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Bei
pneumatisch getätigten
Getrieben ist es unabdingbar, dass der Getriebesteller bei Druckluftausfall
eine definierte Position einnimmt. Aus diesem Grund wird stets ein
Federpaket vorgesehen, das den Pneumatikzylinder in die Mittelstellung
bringt. Da ohnehin ein Federpaket benötigt wird, um der Forderung
nach einer definierten Neutralposition nachzukommen, bietet es sich
an, dieses Federpaket zugleich zum Einstellen der Mittelstellung,
die der Neutralstellung entspricht, zu verwenden.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es vorteilhaft ist,
davon abzugehen und trotz des vorhandenen Federpakets den Pneumatikzylinder
so auszubilden, dass er mittels Druckluft in die Mittelstellung
fixierbar ist. In anderen Worten wird der Pneumatikzylinder als
3-Stellungs-Pneumatikzylinder ausgebildet. Das bedeutet zwar einen
erhöhten Fertigungsaufwand
und führt
zu mehr beweglichen Teilen, was in der Regel vermieden werden soll.
Diese Nachteile werden jedoch dadurch ausgeglichen, dass der Pneumatikzylinder
kleiner und damit leichter ausgelegt werden kann. Er muss nämlich nicht mehr
gegen ein starkes Federpaket arbeiten, sondern nur gegen ein schwächer dimensioniertes.
Aus diesem Grund kann der Pneumatikzylinder zudem einen kleineren
Querschnitt aufweisen, da bei gegebenem Luftdruck der Druckluft
nur eine geringere Kraft des Federpakets überwunden werden muss.
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Entgegen
der Erwartung sinkt zudem der Energieverbrauch. Das Federpaket stellt
ein passives Bauteil dar. Passive Bauteile haben keinen Energieverbrauch.
Wird ein passives Bauteil schwächer
ausgelegt, so wäre
zu erwarten, dass der Energieverbrauch steigt. Das ist aber im vorliegenden
Getriebesteller nicht der Fall, vielmehr sinkt der Energieverbrauch
aufgrund des oben beschriebenen Effekts.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
besitzt der Pneumatikzylinder ein Zylindergehäuse, in dem der Zentralkolben
geführt
ist, mindestens einen Schleppkolben, einen ersten Druckluftanschluss
und einen zweiten Druckluftanschluss, wobei der Pneuma tikzylinder
durch Anlegen von Druckluft gleichzeitig an den ersten und den zweiten
Druckluftanschluss in die Mittelstellung bringbar ist. Besonders
bevorzugt ist ein Pneumatikzylinder mit genau einem Schleppkolben.
Dieser ist besonders einfach aufgebaut und damit einfach zu fertigen.
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Ein
besonders kompakter Getriebesteller wird erhalten, wenn das Federpaket
in dem Pneumatikzylinder angeordnet ist. Hierunter ist insbesondere zu
verstehen, dass der Pneumatikzylinder von einem Gehäuse des
Pneumatikzylinders umgeben und damit nicht von außen direkt
zugänglich
ist. Vorteilhaft hieran ist zudem, dass das Federpaket etwaigen schädigenden
Einflüssen
von außen
nicht ausgesetzt ist.
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Besonders
bevorzugt ist das Federpaket in einem Zylinder angeordnet und wirkt
direkt auf den Zentralkolben. Unter dem Zylinder ist der Hohlraum zu
verstehen, in dem der Zentralkolben läuft. Beispielsweise umfasst
das Federpaket eine erste Feder und eine zweite Feder, wobei die
erste Feder in einem ersten Zylinder-Teilraum, der von dem ersten Druckluftanschluss
mit Druckluft versorgt wird, angeordnet ist und wobei die zweite
Feder in einem zweiten Zylinder-Teilraum angeordnet ist, der von
dem zweiten Druckluftanschluss mit Druckluft versorgt wird. In der
Mittelstellung üben
beide Federn dann eine Kraft mit jeweils gleichem Betrag aber unterschiedlichem
Vorzeichen auf den Zentralkolben aus.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Zentralkolben mit einem Betätigungselement verbunden und
ausgebildet zum Schalten einer Gasse eines Getriebes, wobei die
Mittelstellung einer neutralen Gassen-Stellung der Gasse entspricht.
Es ist für
Getriebesteller vorteilhaft, dass ein Druckluftausfall in einem
Moment, in dem kein Gang eingelegt ist, stets dazu führt, dass
die neutrale Gassen-Stellung eingenommen wird. Das wird bei dem
erfindungsgemäßen Getriebesteller
sicher erreicht, ohne dass der Pneumatikzylinder unnötig groß ausgelegt
werden muss.
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Alternativ
oder additiv ist der Zentralkolben ausgebildet zum Schalten einer
Gasse des Getriebes mittels des Betätigungselements, wobei die
Mittelstellung einer Neu-tral-Gassen-Stellung
der Gasse entspricht. Besonders bevorzugt besitzt der Getriebesteller
zwei Pneumatikzylinder, die im Wesentlichen senkrecht zueinander
angeordnet sind, wobei der erste Pneumatikzylinder eingerichtet
ist, um die Gänge
zu schalten und der zweite Pneumatikzylinder ausgebildet ist, um
die Gasse zu schalten.
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Ein
besonders leichter Getriebesteller ergibt sich, wenn das Federpaket
ausgebildet ist zum Vorspannen des Betätigungselements in die Mittelstellung
mit einer vorbestimmten Federkonstante, die kleiner ist als das
Dreifache einer Mindest-Federkonstante, die notwendig ist, um das
Betätigungselement
sicher in der Mittelstellung zu halten. Die Mindest-Federkonstante
wird beispielsweise dadurch bestimmt, dass die Federkonstante variiert
wird und der Getriebesteller zusammen mit dem Getriebe, an dem er
montiert ist, typischen Belastungen, beispielsweise hinsichtlich
Vibration, ausgesetzt wird. Aus derartigen Messungen wird bestimmt,
ab welcher Federkonstante mit einer vorgegebenen Wahrscheinlichkeit
damit zu rechnen ist, dass die Mittelstellung unter äußeren Einflüssen nicht
sicher gehalten wird. Die Federkonstante wird dann als kleines Mehrfaches
dieser Mindest-Federkonstante gewählt, beispielsweise als das
Zwei- bis Fünffache.
Es ergibt sich so ein besonders leichter Getriebesteller mit einem
besonders geringen Verbrauch an Druckluft.
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Im
Folgenden wird eine Ausführungsform der
Erfindung anhand der beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert.
Dabei zeigt
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1 einen
Pneumatikzylinder eines Getriebestellers nach dem Stand der Technik
und
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2 einen
Pneumatikzylinder eines erfindungsgemäßen Getriebestellers.
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1 zeigt
einen Pneumatikzylinder 10 für einen Getriebesteller nach
dem Stand der Technik. Der Pneumatikzylinder besitzt einen Zentralkolben 12 und
ein Federpaket 14, das den Zentralkolben 12 in
die in 1 gezeigte Mittelstellung vorspannt. Durch Einbringen
von Druckluft in einen ersten Zylinderraum 16 kann der
Zentralkolben 12 in 1 nach rechts
verschoben werden. Durch Einbringen von Druckluft in einen zweiten
Zylinderraum 18 wird der Zentralkolben 12 hingegen
in 1 nach links verschoben. Erster und zweiter Zylinderraum 16, 18 bilden
einen Zylinder des Pneumatikzylinders. Am Zentralkolben 12 ist
ein Betätigungselement 20 angebracht,
mit dem ein Betätigungselement
in Form eines Schaltfingers 22 positioniert werden kann.
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2 zeigt
einen Pneumatikzylinder 10 für einen erfindungsgemäßen Getriebesteller,
bei dem der Pneumatikzylinder ein Zylindergehäuse 24 besitzt, das
aus einer ersten Zylindergehäusehälfte 26.1 und
einen zweiten Zylindergehäusehälfte 26.2 aufgebaut
ist. Im Zylindergehäuse 24 ist
der Zentralkolben 12 geführt. Zusätzlich läuft im Zylindergehäuse 24 ein
Schleppkolben 28, der den Zentralkolben 12 abschnittsweise
radial umgibt. Der Schleppkolben 28 ist über eine
Dichtung 30.1 gegen die erste Zylindergehäusehälfte 26.1 und
durch eine Dichtung 30.2 gegen einen Kolbenkopf 32 des
Zentralkolbens 12 abgedichtet. Der Kolbenkopf 32 ist über eine
Dichtung 30.3 gegen die zweite Zylindergehäusehälfte 26.2 abgedichtet.
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Durch
Beaufschlagen nur des ersten Zylinderraums 16 mit Druckluft
wird der Zentralkolben 12 in 2 so weit
nach rechts geschoben, bis er an eine erste Zylinderwand 34 anschlägt. Wird
lediglich der zweite Zylinderraum 18 mit Druckluft beaufschlagt,
so bewegt sich der Zentralkolben 12 in 2 nach
links, bis er an eine zweite Zylinderwand 36 anschlägt. Werden
beide Zylinderräume 16, 18 mit
dem gleichen Druck beaufschlagt, so stellt sich die in 2 gezeigte
Mittelstellung ein, bei der ein Anschlag 38 des Schleppkolbens 28 gerade
an einen Gegenanschlag 40 anschlägt, der an der zweiten Zylindergehäusehälfte 26.2 vorgesehen
ist.
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Der
Pneumatikzylinder 10 ist so relativ zu einem nicht eingezeichneten
Getriebe angeordnet, dass der Schaltfinger 22 sich genau
dann in einer neutralen Position befindet, wenn der Pneumatikzylinder
in der in 2 gezeigten Mittelstellung ist.
Gemäß einer
Ausführungsform
greifen zwei erfindungsgemäße Pneumatikzylinder über ein
Koppelstück
gemeinsam am Schaltfinger 22 an, wobei die jeweiligen Wirkrichtungen
W, die einer Längsachse
des Zentralkolbens 12 entsprechen, im Wesentlichen senkrecht zueinander
stehen.
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Das
Federpaket 14 umfasst im in 2 gezeigten
Fall lediglich eine Spiralfeder, die eine Federkonstante k besitzt.
Diese Federkonstante k ist so gewählt, dass sie die Mittelstellung
gerade mit einem Sicherheitszuschlag sicher hält. Auf diese Weise muss nur
die geringstmögliche
Federkraft von der Druckluft überwunden
werden.