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Pneumatische Schalteinrichtung, insbesondere für Zahnräderwechselgetriebe
Die Erfindung bezieht sich auf eine pneumatische Schalteinrichtung, insbesondere
für die Schaltwelle eines Zahnräderwechselgetriebes. Die Schalteinrichtung besteht
aus zwei gegenseitig verblockten pneumatischen Schrittmotoren, die in entgegengesetzten
Richtungen über Schaltklinken auf zwei Schalträder wirken, welche mit zwei als Rückführung
dienenden Folgegliedern auf einer gemeinsamen, von den Motoren schrittweise zu drehenden
Welle angeordnet edrid.
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Derartige Einrichtungen sind an sich bekannt. So ist beispielsweise
eine aus zwei Schrittmotoren bestehende Anordnung bekanntgeworden, bei welcher jeder
Motor bei einer Einschaltung eine einzelne begrenzte hin- und hergehende Bewegung
bewirkt, die über eine Schaltklinke und ein Schaltrad als Schaltschritt auf die
schrittweise zu drehende Welle übertragen wird. Zur Kontrolle der erreichten Einstellung
der Welle sind bei dieser an sich bekannten Einrichtung zwei elektrische Kontakte
vorgesehen, die mit der schrittweise zu drehenden Welle verbunden sind und als Folgeglieder
mit einem als Sollwertsteller wirkenden Gegenkontakt zusammenarbeiten. Dabeiwird
bei der Betätigung des Sollwertstellers einer der Schrittmotoren eingeschaltet und
beim Nachfolgen der Folgeglieder wieder stillgesetzt.
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Es ist ferner eine Schrittschalteinrichtung mit einer durch die Kolbenstange
eines druckmittelbeaufschlagten Kolbens hin- und herbeweglichen Schaltklinke bekannt,
welche in ein Schaltrad eingreift. Hierbei erfolgt die Steuerung der Druckmittelzu-
und -abfuhr in den Endstellungen des Kolbens mit Hilfe der Kolbenstange des Schrittmotors.
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Diese an sich bekannten Einrichtungen weisen Nachteile auf, welche
z. B. darin liegen, daß sie nicht explosionssicher und nicht hinreichend betriebssicher
sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bei den bekannten Anordnungen
auftretenden Mängel zu beseitigen. Hierzu ist ein Schaltventil mit einer gewissen
Anzahl fester Einstellungen mit zwei Folgeschiebern mit ebenso vielen Einstellungen
jeweils über eine ebensolche Anzahl pneumatischer Leitungen verbunden, wobei in
den Leitungen zu dem einen Folgeschieber zusätzliche Umkehrventile eingeschaltet
sind.
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In weiterer Ausgestaltung des Grundgedankens der Erfindung ist das
Schaltventil so ausgebildet, daß in geschlossenen Leitungen seiner Nullstellung
alle ang entlüftet sind, wohingegen in jeder Betriebsstellung t2 C
die
entsprechenden Arbeitsleitungen mit der Zuführungsleitung in Verbindung stehen,
wobei alle übri-"en Cr nicht mit dieser Leitung verbundenen Leitungen entlüftet
sind.
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Erfindungsgemäß halten die Umkehrventile bei belüfteter Zuführun-Sleituno,
je eine der Leitungen zu dem einen der beiden Folgeschieber drucklos oder
die Zuführungsleitung selbst drucklos, wenn die entsprechende Leitung zu dem Folgeschieber
nüt Druck beaufschlagt wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der pneumatischen Schalteinrichtung nach der
Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
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Fig. 1 zeigt eine von Hand einzustellende Schalteinrichtung;
Fig. 2 eine Schalteinrichtung wie Fig. 1, jedoch mit einer Zusatzeinrichtung
für automatische Betätigung. In den Figuren ist eine Schaltwelle 17, deren
Ausgangslage mit 0 bezeichnet ist, in verschiedene Schaltstellungen beliebiger
Anzahl einstellbar. Im gezeichneten Beispiel sind es sechs Stellungen I bis Vl.
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In Fig. 1 ist die Stellung gezeichnet, bei der sich sowohl
das Schaltventil 2 als auch die Welle 17 in ihrer Nullstellung befinden.
Für den Rechts- wie für den Linkslauf der Welle 17 ist je ein gleich
aufgebauter pneumatischer Motor vorgesehen. In der Zeichnung ist der Motor für den
Rechtslauf der Welle oberhalb, der Motor für den Linkslauf der Welle unterhalb dieser
gezeichnet. Die nachfolgende Beschreibung
bezieht sich auf den
oberen Motor für den Rechtslauf; die in Klammern gesetzten Bezugszeichen bezeichnen
die entsprechenden Teile des unteren Motors für den Linkslauf. Jeder pneumatische
Motor besteht in der Hauptsache aus einem Zylinder 44 (45), in dem ein Kolben54
(55) mittels Druckluft gegen die Spannung einer Feder72 (73) bewegt
werden kann. Durch die Kolbenbewegung gelangt eine mit der Kolbenstange
56 (57) verbundene Klinke 58 (59) mit einem Schaltrad 60 (61)
zum Eingriff, das mit der Welle 17 verbunden ist. Dadurch wird die Welle
17 um einen Schritt rechts (links) herumgedreht. Ein an der Kolbenstange
56 (57) angebrachter Arm 62 (63) dient zum Betätigen von als Endschalter
zur Begrenzung der Kolbenbewegung dienenden Ventilen 68, 74 (69, 75).
Bei Entlüftung des Zy-
linders 44 (45) bewegt die Feder 72 (73) den
Kolben 54 (55) und die mit der Kolbenstange 56 (57) verbundene
Klinke 58 (59) in die Ausgangslage. Hierbei wird das Schaltrad
60 (61) nicht gedreht.
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Als Stellglied dient ein Schaltventil 2, das z. B. durch ein Handrad
3 zu betätigen ist, und das eine Zuführungsleitung 1 und so viel Abgänge
enthält, wie gewünschte Schaltstufen vorhanden sind (hier sechs). Das Schaltventil
2 ist so ausgebildet, daß in seiner Nullstellung 0 alle angeschlossenen Leitungen
4, 5, 6,
7, 8, 9 entlüftet sind. in seiner Stellung
1 die Leitung 4 mit der Leitung 1, in seiner Stellung 11 die
Leitungen 4 und 5 mit der Leitung 1, in seiner Stellung III die Leitungen
4, 5 und 6 mit der Leitung 1 usw. in Verbindung gebracht und
jeweils alle übrigen, nicht mit der Leitung 1 verbundenen Leitungen entlüftet
sind.
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Die Folgeglieder sind als Folgeschieber 16 und 24 ausgebildet,
von denen jeder einen Abgang 32, 33
und so viel Zuführungsleitungen enthält,
wie gewünschte Schaltstufen vorhanden sind (hier sechs). Die drehbaren Teile 16a
bzw. 24a der Folgeschieber 16 -, 24 sitzen auf der zu drehenden Welle
17 und werden von ihr mitgenommen. Der Folgeschieber 16 ist so ausgeführt,
daß die abgehende Leitung 32 in der Nullstelluno, 0 der Welle
17 mit der Leitung 10, in der Stellung 1 der Welle mit der
Leitung 11, in der Stellunc,II der Welle mit der Leitung12 usw. bis Stellung
V mit Leitung 15 verbunden ist, wobei alle nicht mit der Leitung
32 verbundenen Leitungen abgesperrt sind. In der Stellun-VI aber ist die
Leitung32 entlüftet. Ähnlich sind die Anschlüsse am Folgeschieber 24 ausgeführt,
bei dem in der Nullstellung0 der Welle17 die vom Folgeschieber24 abgehende Leitung33
entlüftet ist; in der Stellung I ist die Leitung 33 mit der Leitung25, in
der StellungII mit der Leitung26 usw. verbunden. Auch hier sind alle nicht mit der
Leitung33 verbundenen übrigen Leitungen abgesperrt.
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Von einem nicht dargestellten Druckluftbehälter wird Druckluft in
die (verstärkt gezeichnete) Leitungl eingeleitet und steht an allen mit ihr verbundenen
Ventilen zur Verfügung. Vom Schaltventi12 führen Leitungen4 bis 9 zu den
Betätigungsgliedern der Umkehrventile18 bis 23. Mit den Leitungen4 bis
9 verbundene Zweigleitungen 10 bis 15 führen zu Anschlüssen
am Folgeschieber 16. Je ein Anschluß der Umkehrventile 18 bis
23 ist durch Druckluft aus der Leitung 1 beaufschlagt, der andere
Anschluß dient zur Entlüftung nach erfolgter Umschaltung der el bl an dem umzuschaltenden
Anschluß des entsprechenden Ventils angeschlossenen g Leitung 25 bzw. 26 ... bzw.
30. Die Leitungen 25 bis 30 sind mit den Anschlüssen des Folgeschiebers
24 verbunden.
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Die vom Folgeschieber 16 abgehende Leitung 32
führt zu
einem Anschluß 34 a des Doppelabsperrventils 34, die vom Folgeschieber 24
abgehende Leitung 33 zu einem Anschluß 35 a des Doppelabsperrventils
35. Ein zweiter Anschluß 34b des Doppelabsperrventils 34 ist über die Leitungen
36, 37 mit dem zweiten Anschluß35b des Doppelabsperrventils35 verbunden.
In den Verbindungspunkt der Leitungen36 und 37 mündet die Leitung von einem
Anschluß 66 c
eines Doppelabsperrventils 66.
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Diese Doppelabsperrventile 34, 35 und 66 sind
so aufgebaut, daß durch Beaufschlagen des Ventils mit Druck von dem Anschluß a oder
dem Anschluß b
her die Auslaßöffnung c abgesperrt wird. Nur bei Druckbeaufschlagung
beider Anschlüsse a und b ist die Verbindung dieser Anschlüsse mit der Auslaßöffnung
hergestellt.
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Von den Doppelabsperrventilen34, 35 ab ist die pneumatische
Anordnung symmetrisch - einmalfür den pneumatischen Motor für den Rechtslauf,
das andere Mal für den Motor für den Linkslauf - aufgebaut. Im folgenden
wird die Anordnung, die den Rechtslaufmotor betreibt, beschrieben (in der Zeichnung
oberhalb der Welle 17 dargestellt). Die in Klammein gesetzten Bezugszeichen
beziehen sich wieder auf die gleich aufgebaute pneumatische Anordnung, die den Linkslaufmotor
betreibt (in der Zeichnung unterhalb der Welle 17 dargestellt).
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Von der Auslaßöffnung c des Doppelabsperrventils 34 (35) führt
eine Leitung 38 (39) zu dem Anschluß d eines Doppelrückschlagventils
40 (41), dessen anderer Anschluß e über eine Leitung 46 (47) mit dem Zylinder 44
(45) des pneumatischen Motors in Verbindung steht. Der Auslaß f des Doppelrückschlagventils
40 (41) steht mit dem Betätigungsteil eines Umkehrventils 42 (43) in Verbindung,
das in seiner Ruhestellung den Zylinder 44 (45) des pneumatischen Motors entlüftet
und das, wenn es betätigt ist, den Kolben 54 (55) in diesem Zylinder
44 (45)
über die Leitung 50 (51) und ein weiteres in Ruhestellung
befindliches Umkehrventil 52 (53) mit Druckluft aus der Leitung
1 beaufschlagt.
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Das Umkehrventil 52 (53) wird über das Endventil
68 (69) betätigt, das den Luftweg von der Leitung 1 über die Leitung
70 (71) freigibt, wenn der obengenannte, an der Kolbenstange 56 (57)
befestigte Arm 62 (63) das Endventil 68 (69) geöffnet hat. Nach erfolgter
Betätigung entlüftet das Endventil 68 (69)
die Leitung 50 (51).
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In der Ruhestellung des Kolbens 54 (55) öffnet der mit
der Kolbenstange 56 (57) verbundene Arm 62 (63) das andere Endventil
74 (75), durch das über eine Leitung64 (65) der Anschluß66a(66b) des
Doppelabsperrventils 66 belüftet wird.
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Das Doppelabsperrventil66 wird aber, wenn sich beide Kolben 54 und
55 in ihrer Ruhestellung befinden, durch beide Anschlüsse66a und
66b belüftet, so daß es geöffnet ist. Dadurch sind die Leitungen
36
und 37 und mit ihnen die Anschlüsse34b und 35b
der Doppelabsperrventile
34 und 35 mit der Druckluftleitung 1 verbunden.
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In Fi-. 1 ist die Belüftung in der Ausgangslage (Schaltventil
2 und Welle 17 auf 0 stehend) durch gestrichelte Linien eingetragen.
Dieser Ausgangszustand stellt sich auch jedesmal wieder ein, wenn ein pneumatischer
Motor einen Schaltschritt beendet hat.
Es ist zu ersehen, daß außer
der stark ausgezogenen Druckluftleitung 1 noch die Leitungen 36, 37,
64, 65,
50, 51 unter Druck stehen, wodurch vorbereitet ist,
daß bei Auftreten von Druck in der Leitung32 (33)
das Doppelabsperrventil
34 (35) arbeiten kann und dann das Umkehrventil42 (43) Druckluft an den Arbeitszylinder44
(45) legt. #l-Die Wirkungsweise der Anordnung ist wie folgt: Das Schaltventil 2
werde mittels des Handrades 3
z. B. von der Stellung 0 in die Stellung
111 geschaltet. Dadurch soll erreicht werden, daß die Welle 17 um
drei Schritte rechts herum gedreht wird. Durch die neue Stellung des Schaltventils
2 werden die Leitungen 4, 5, 6 und mit diesen die Leitungen
10, 11, 12 mit Druckluft gefüllt. Die Leitungen 7, 8, 9 und damit
auch die Leitungen 13, 14, 15 bleiben entlüftet. Mit dem Belüften
der Leitungen4, 5, 6 werden die Umkehrventile 18, 19, 20 umgeschaltet,
wodurch die bis jetzt unter Druck stehenden Leitungen 25, 26, 27
entlüftet
werden. über die Leitungen 4 und 10, den Folgeschieber 16 und die
Leitung 32 wird das Doppelabsperrventil 34, das bis jetzt nur über die Leitung
36 mit Druck beaufschlagt war, auch von der anderen Seite belüftet. Es öffnet,
und über die Leitung38, das Doppelrückschlagventil 40 und die Leitung 48 wird das
Umkehrventil 42 mit Luft beaufschlagt. Das Doppelrückschlagventil 40 sperrt dabei
die Luftzufuhr zur Leitung46 ab. Das Umkehrventil42 schaltet um und legt den Arbeitszylinder44
über die Leitung50 und das Umkehrventil52 an die Druckluftleitungl. Durch die in
den Arbeitszylinder 44 einströmende Luft wird der Kolben 54 und mit ihm die Kolbenstange
56 bewegt, wodurch die Klinke 58 das Klinkenrad 60 und damit
die Welle 17 um einen Schritt dreht. Der mit der Kolbenstange 56 verbundene
Arm 62 gibt bei der Bewegung des Kolbens 54 den Stößel des Endventils 74
frei, das dadurch die Leitung 64 von der Hauptleitung 1 absperrt und entlüftet.
Dadurch schließt das Doppelabsperrventil 66, so daß die Leitungen 64,
36 und 37 gleichfalls entlüftet werden. Infolge fehlenden Leitungsdrucks
in der Leitung36 schließt das Doppelabsperrventil34. Das Umschaltventil 42 bleibt
aber mit Druck über die Leitung 46, das Doppelrückschlagventil40 und die Leitung48
beaufschlagt, d. h. es »hält sich selbst«, so daß der Kolben54 weiterhin
abwärts bewegt wird. Bei Erreichen seiner Endlage öffnet der Arm 62 das Endventil68.
Dadurch erhält das Umkehrventil52 über die Leitung70 Luft. Es schaltet um, wodurch
die Leitungen 50, 46 und 48 entlüftet werden, so daß das Umkehrventil 42
in seine Ruhelage zurückgeht und dadurch den Zylinder 44 entlüftet, worauf die Kolbenfeder
72 den Kolben 54 in seine Ausgangslage zurückbeweg wobei die Klinke
58 ohne Betätigung des Schaltrades 60 mitgenommen wird. Der Arm
62
gibt bei dieser Bewegung des Kolbens 54 den Stößel des Ventils
68 frei, das dadurch schließt und die Druckluftzufuhr zum Betätigungsglied
des Umkehrventils 52 absperrt und entlüftet. Dieses geht in seine Ruhelage
zurück und stellt dadurch die Verbindung der Leitung 1 mit dem entsprechenden
Anschluß am Umkehrventil 42 her. Wenn der Kolben seinen oberen Anschlag erreicht,
öffnet der Arm 62 das Endventil 74, so daß die Leitungen 64, 36 und
37 belüftet werden. Damit ist der Ausgangszustand wiederhergestellt.
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Beim Drehen der Welle 17 um diesen einen Schritt sind die Folgeschieber
16 und 24 um eine Stelle weitergerückt. Die Leitung 32 ist jetzt mit
der belüfteten Leitung 11, die Leitung 33 mit der entlüfteten Leitung
25 verbunden. Dadurch wird das Doppel-t>
absperrventil 34, das bis
jetzt einseitig über die Leitung 36 mit Druck beaufschlagt war, auch von
der anderen Seite (über die Leitung 32) belüftet; es öffnet erneut und leitet
dadurch eine weitere Drehbewegung der Welle 17, wie oben beschrieben, ein.
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Das schrittweise Drehen der Welle 17 wird in dieser Weise sooft
jedesmal nach einem erfolgten Schritt von neuem ausgelöst, bis die Leitung
32 durch den Folgeschieber 16 mit einer entlüfteten Leitung verbunden
wird. Das ist bei dem gewählten Beispiel nach drei Schritten der Fall, nach denen
die Leitung 32
über den Folgeschieber 16 mit der Leitung
13 verbunden wird, die über die Leitung 7 und das Schaltventil 2 entlüftet
ist. Das Doppelabsperrventil 34 wird nun über die Leitung 32 nicht mit Druck
beaufschlagt. Es bleibt geschlossen und löst deshalb keine erneute Drehbewegung
aus. Die Welle 17 bleibt in der gewünschten Stellung III stehen.
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Auch das Doppelabsperrventil 35 bleibt geschlossen, da die
Leitung 33 je nach den Stellungen 0-1-11-111 des Folgeschiebers24
mit der Außenluft bzw. den Leitungen25, 26, 27 verbunden wird, die über die
umgeschalteten Umkehrventile18, 19, 20 entlüftet sind, so daß das Doppelabsperrventil
35
während des geschilderten Vorganges nur einseitig über die Leitung37 mit
Luft beaufschlagt wird und somit geschlossen bleibt.
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Wird nun zur Auslösung einer linksläufigen Drehbewegung der Welle
17 das Schaltventil 2 von der stellung III auf die Stellung 11 umgeschaltet,
so wird die Leitung6 und mit ihr die Leitung12 entlüftet. Das Umkehrventil20 geht
in seine Ruhelage zurück und stellt so die Verbindung der Leitungl mit der bis jetzt
entlüftet gewesenen Leitung27 her, die in der erreichten Stellung 111 des
Folgeschiebers 24 mit der Leitung33 verbunden ist. Das Doppelabsperrventil35 (bisher
nur über die Leitung37 belüftet und somit geschlossen) wird nun auch von der anderen
Seite über die Leitung 33 belüftet; es öffnet und leitet dadurch eine Linksdrehung
der Welle 17 ein, die in analoger Weise wie die zuvor geschilderte Rechtsdrehung
erfolgt, wobei jetzt aber die in der Zeichnung unterhalb der Welle 17 dargestellten
Ventile das Arbeiten des Kolbens 55 im Zylinder 45 bewirken, so daß dadurch
die mit der Kolbenstange 57 verbundene Klinke 59 das Schaltrad
61 und die mit diesem verbundene Welle 17 um einen Schritt links herum
dreht. Nach diesem Schritt ist durch das Mitdrehen der Folgeschieber 16 und
24 die Leitung 32 mit der Leitung 12, die über die Leitung 6 und das
Schaltventil 2 entlüftet ist, und die Leitung 33 mit der Leitung
26, die über das Umkehrventil 19 entlüftet ist, verbunden. Die Doppelabsperrventile
24 und 35 sind nach dem erfolgten Schritt nur einseitig über die Leitungen
36 und 37 mit Druck beaufschlagt und somit geschlossen. Die Welle
17 bleibt in ihrer neuen Stellung II stehen.
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Wie man an dem geschilderten Beispiel erkennt, wird der Rechtslauf
der Welle 17 durch Druck in der Leitung 32, ihr Linkslauf durch Druck
in der Leitung 33 ausgelöst. Wird durch Störeinflüsse von außen in unerwünschter
Weise die Welle von der am Schaltventil 2 eingestellten gewünschten Stellung herausgedreht,
so erhalten die Leitungen 32 bzw. 33 über die Folgeschieber
16 bzw. 24 Druck, so daß ein erneutes
Drehen der Welle
17 auf die am Schaltventil 2 eingestellte Sollstellung der Welle
17 erfolgt.
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Filg. 2 zeigt, wie das Kriterium Druck in der Leitung 32 gleich
Rechtslauf der Welle 17,
Druck in der Leitung 33 gleich Linkslauf der
Welle 17
für ein automatisches Schalten z. B. eines Zahnräderwechselgetriebes
ausgenutzt werden kann. Die Einrichtung ist die gleiche, wie in Fig. 1 dargestellt.
Zusätzlich dazu sind ein Wählventil 100, zwei Absperrventile 102,
103, die durch einen vom nicht gezeichneten Motor angetriebenen Fliehkraftregler
101 betätigt werden, und zwei in den Leitungen 32 bzw. 33
angebrachte
Doppelrückschlagventile 104, 105 vorgesehen. Das Wechselventil
100 belüftet in der gestrichelt -ezeichneten Stellung das Schaltventil 2,
so daß das Einstellen der Welle 17 durch Betätigen dieses Schaltventils mittels
des Handrades 3 in der zuvor beschriebenen Weise erfolgt. In der anderen
Stellung des Wählventils 100 wird die Luftzufuhr zum Schaltventil 2 abgesperrt
und eine Verbindung der Leitung 1
mit den Absperrventilen 102 und
103 hergestellt, so
daß an diesen Druckluft zur Verfügung steht. Die
Stößel der Ventile 102, 103 werden von einem Teller 101a des Fliehkraftreglers
101 betätigt, wobei entweder über das Doppelrückschlagventil 104 die Leitung
32' oder über das Doppelrückschlagventil 105
die Leitung
33' belüftet wird. Die Leitungen 32" und 33- sind für die automatische
Schaltung ohne Bedeutung, werden aber für die Handschaltung (Handrad 3,
Schaltventil
2) benötigt.
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Es sei nun angenommen, daß die Nenndrehzahl des Motors 1600
Umin beträgt, die obere zulässige Drehzahl bei 1800 U/min und die untere
zulässige Drehzahl bei 1200 U!min liegt. Die Anordnung der Ventile 102,
103 in bezug auf den Teller 101 a des Fliehkraftreglers 101
ist dann so g getroffen, daß bei 1600 Umin des Motors der Teller101a zwischen
beiden Stößeln der Ventile 102, 103 liegt, ohne diese zu betätigen: bei
1800 U/min wird das Ventil 102, bei 1.200 U/min das Ventil 103 durch
den Teller 101 a
geöffnet. In Fig. 2 ist dargestellt, wie das Ventil
102 öffnet und dadurch die Leitung 32' belüftet ist. Dies ist, wie oben beschrieben,
das Kriterium für einen Rechtsschritt der Welle 17. Hierdurch wird ein anderer
Gang eingeschaltet, die Drehzahl des Motors sinkt. Liegt sie im Nennbereich, bleiben
die Ventile 102, 103 geschlossen. Sinkt die Motordrehzahl unter ihren Nennbereich
ab, öffnet der Teller101a das Venti1103. Dadurch wird die Leitung33' belüftet,
C
wodurch in beschriebener Weise die Welle17 einen Linksschritt ausführt.
Es wird dadurch ein anderer Gang eingelegt, und die Drehzahl steigt wieder. Durch
eine solche Einrichtung wählt sich der Motor einen seiner Belastung entsprechenden
Gang selbst.
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Eine solche Einrichtung kann in Fahrzeugen aller Art, insbesondere
in Schienenfahrzeugen, zur Anwendung kommen. Aber auch bei anderen Antrieben, z.
B. in Förderanlagen, Hebezeugen od. dgl., können Einrichtungen nach der Erfindung
mit Vorteil verwendet werden.