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Vorrichtung zur Schalterleichterung für ein im Stillstand formschlüssig
schaltbares Getriebe Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Schalterleichterung
für ein im Stillstand formschlüssig schaltbares Getriebe, vorzugsweise mit vorgeschaltetem
Strömungskreislauf.
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Bei formschlüssig schaltbaren Getrieben treten beim Schalten häufig
Schwierigkeiten auf, und zwar sowohl beim Ausrücken des im Eingriff befindlichen
Ganges als auch beim Einrücken des neuen Ganges. So liegen beim Ausrücken eines
Ganges die Zähne der Kupplungsklauenkränze oder der Schiebezahnräder unter Umständen
mit einem solchen Druck aneinander, daß das Lösen überhaupt nicht oder nur mit großem
Kraftaufwand erfolgen kann. Weiterhin ist es beim Einschalten des neuen Ganges möglich,
daß sich die in Eingriff zu bringenden Klauen einer Kupplung oder die Zähne der
in Eingriff zu bringenden Zahnräder in der »Zahn-auf-Zahn-Stellung« befinden und
sich deshalb nicht einrücken lassen.
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Bei Getrieben mit Elektromotoren als Antrieb (z. B. bei Werkzeugmaschinen)
hat man diese Mängel dadurch zu beheben gesucht, daß man dem Motor während des Schaltvorganges
Stromimpulse zuführte und damit den Schaltvorgang erleichterte.
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Es ist ferner zu dem Zweck, das Einrücken eines neuen Ganges zu erleichtern,
ein pneumatisch arbeitender Schrittschaltmotor zum Durchdrehen einer mit einer Klauenkupplung
versehenen Antriebswelle bekanntgeworden.
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Weiterhin ist die sogenannte Rückdrehbremse bekanntgeworden, die dann,
wenn das Getriebe umgeschaltet werden soll und deshalb die Verbindung zwischen Getriebe
und Motor gelöst worden ist, zunächst eine Getriebewelle am Getriebeeingang abbremst
und anschließend diese Welle um ein gewisses Maß rückwärts dreht. Dabei wird z.
B. der Bremshebel über seine Endstellung hinaus, bei der die Getriebewelle festgebremst
ist, gegen Federkraft noch weiter geschwenkt, so daß der Festpunkt des Bremshebels
sich zusammen mit der Getriebewelle um die Wellenmitte dreht. Durch diese Rückdrehung
werden einerseits zum leichten Ausrücken die Zähne der Zahnräder oder Kupplungen,
die außer Eingriff gebracht werden sollen, entlastet, und andererseits werden die
einzurückenden Klauenkränze oder Zahnräder gegeneinander verdreht, so daß Zahn auf
Lücke kommt, falls dieser Zustand nicht schon vorher gegeben war und das Schalten
ermöglichte.
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Insbesondere bei Getrieben mit einem vorgeschalteten Strömungskreislauf
(Wandler oder Kupplung) hat sich die Rückdrehbremse als vorteilhaft erwiesen. Strömungswandler
oder -kupplungen weisen selbst bei herabgesetzter Antriebsdrehzahl und sogar bei
entleertem Strömungskreislauf ein Restmoment auf, z. B. durch die Ventilationswirkung
im Kreislauf. Hierbei wird noch eine derartige Kraft (»Kriechwirkung«) übertragen,
daß das Ausrücken einer formschlüssigen Kupplung oder eines Schieberades erschwert
oder verhindert wird.
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Die bekannten Rückdrehbremsen bestehen in der Regel aus einer Band-
oder Backenbremse und einer Rückdrehvorrichtung. Die Bremse und die Rückdrehvorrichtung
können mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigbar sein. Bei einer neueren
Ausführungsform wird die pneumatisch bewirkte Rückdrehung durch eine Ölbremse verzögert.
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Den bekannten Rückdrehbremsen haftet der durch ihre Konstruktion bedingte
Mangel an, daß die Rückdrehung beschränkt ist und weit weniger als eine Umdrehung
der Getriebewelle ausmacht. Bei Kupplungen mit großer Zahnteilung ist diese beschränkte
Rückdrehung nicht ausreichend, um die »Zahn-auf-Zahn-Stellung« zu vermeiden, d.
h. eine sichere Gangschaltung ist nicht gewährleistet. Dieser Nachteil tritt besonders
dann in Erscheinung, wenn z. B. aus Platzmangel nur am Getriebeeingang eines ins
Langsame übersetzenden Getriebes eine Rückdrehbremse vorgesehen werden kann. Bei
stark untersetzten Getriebegängen, deren Kupplungen oder Schieberäder auf untersetzt
laufenden Wellen angeordnet sind, ist nur noch ein Bruchteil der sowieso kleinen
Rückdrehbewegung wirksam. Die Rückdrehung an den zu schaltenden Getriebegliedern
erreicht deshalb nicht einmal eine Zahnteilung, so daß die Wirksamkeit der Rückdreheinrichtung
gering ist. Ordnet man aber
mehrere Rückdrehbremsen an, z. B. auf
jeder Getriebewelle eine, so sind der Platzbedarf und der Bauaufwand entsprechend
groß.
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Nach der Erfindung werden diese Nachteile vermieden, und es wird eine
vorteilhafte Vorrichtung zur Schalterleichterung durch die Kombination folgender
an sich bekannter Merkmale geschaffen: a) Auf einer in Kraftftußrichtung vor den
schaltbaren Getriebegliedern liegenden Getriebewelle wird eine Stillsetzbremse vorgesehen,
b) zwischen dieser Getriebewelle und der ortsfesten Bremsenabstützung wird in Reihe
mit der Bremse eine Freilaufkupplung angeordnet, und zwar derart, daß bei eingeschalteter
Bremse und bei normaler Betriebsdrehrichtung der Getriebewelle die Freilaufkupplung
eingerückt ist, c) ferner wird ein Rückdrehmotor vorgesehen, mit dem die Getriebewelle
in zur Betriebsdrehrichtung entgegengesetzter Richtung angetrieben werden kann.
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Dabei wird die Freilaufkupplung zwischen der Getriebewelle und der
Bremsenabstützung vor oder hinter der Stillsetzbremse vorgesehen; in jedem Fall
kann die Getriebewelle während der Gangschaltungen zunächst abgebremst und dann
durch den Rückdrehmotor trotz eingelegter Bremse auf Grund der Freilaufwirkung in
der Rückdrehrichtung angetrieben werden.
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Bei Schieberädergetrieben von Werkzeugmaschinen ist bereits ein zusätzlicher
langsamer Antrieb der die Schieberäder tragenden Wellen mittels eines langsam laufenden
»Schleichmotors« vorgeschlagen worden, wobei zwischen dem Schleichmotor und der
betreffenden Welle eine ein- und ausrückbare Kupplung vorgesehen ist. Bei diesem
Getriebe fehlt jedoch die die Welle stillsetzende Bremse. Auch muß die den Schleichmotor
mit der Schieberäderwelle verbindende Kupplung besonders betätigt werden, während
bei der Vorrichtung nach der Erfindung die Freilaufkupplung ohne vorheriges Lösen
der Bremse selbsttätig einrückt und somit das Bremsen und das Rückdrehen der Getriebewelle
unabhängig voneinander sind.
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Die Freilaufkupplung kann im übrigen beliebig ausgebildet sein, ebenso
die Bremse. Als Bremse kann eine Scheiben-, Band- oder Backenbremse vorgesehen werden.
Als Rückdrehmotor wird in der Regel ein hydraulischer Motor, ein Luftmotor oder
ein Elektromotor verwendet; jedoch können auch andere geeignete Rückdrehmotoren
Anwendung finden. Zweckmäßigerweise treibt hierbei der Rückdrebmotor ein mit der
Getriebewelle fest verbundenes Rad an. So steht beispielsweise der Rückdrehmotor
über Zahnräder mit der Getriebewelle in Triebverbindung und gestattet im Zusammenhang
mit der Freilaufkupplung, daß der bei den bisherigen Rückdrehbremsen beschränkte
Rückdrehwinkel nun beliebig viele Umdrehungen betragen kann. Bei einer Ausführung;
bei der die Bremse zwischen der Freilaufkupplung und der Getriebewelle angeordnet
ist, ist es vorteilhaft, daß der Rückdrehmotor mit einem Teil, der zwischen der
Bremse und der Freilaufkupplung angeordnet ist, in Verbindung steht. Der Vorteil
liegt hierbei darin, daß dieser Teil zwischen Bremse und Freilauf und mit ihm auch
der Rückdrehmotor bei laufendem Getriebe stillsteht.
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Normalerweise kann der Rückdrehmotor mit dem Getriebe dauernd gekuppelt
sein. Bei manchen Motoren ist es aber nicht statthaft oder nicht zweckmäßig, wenn
die Rückdrehmotoren vom laufenden Getriebe entgegen ihrer Betriebsdrehrichtung angetrieben
werden. In diesen Fällen kann die Antriebswelle des Rückdrehrnotors in an sich bekannter
Weise von der Getriebewelle abkuppelbar sein. Dazu kann beispielsweise eine Trennkupplung
dienen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die ein Ritzel tragende Antriebswelle
des Rückdrehmotors in an sich bekannter Weise axial verschiebbar angeordnet wird;
derart, daß dieses Ritzel nur bei eingeschaltetem Rückdrehmotor mit der Getiebewelle
in Triebverbindung steht (z. B. Verschiebeanker-Motor). Auch kann ein Schraubtrieb
verwendet werden, wie er z. B. bei elektrischen Anlassern von Brennkraftmaschinen
bekannt ist. Bei diesen wird ein bei der plötzlichen Beschleunigung der Anlasserwelle
auf einem Steilgewinde verschraubbares Ritzel infolge seiner Trägheit auf der Motorwelle
verschoben und in Eingriff gebracht. Bei ausgeschaltetem Anlassermotor schraubt
sich das Ritzel in die Ausgangsstellung zurück.
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Eine Rückdrehung im Betrage von beliebig vielen Umdrehungen ergibt
erhebliche Vorteile und ist in einigen Fällen, wie erläutert, entscheidend für eine
sichere Getriebeschaltung, insbesondere dann, wenn das Getriebe eine große Übersetzung
ins Langsame aufweist. Auch in diesen Fällen kann die Bremse ohne weiteres auf der
schnellaufenden Getriebeeingangswelle vorgesehen werden. Das Einrücken der Gänge
ist dadurch gesichert, daß bei dem beliebig langen Rückdrehvorgang in jedem Fall
einmal der Zustand »Zahnauf-Lücke« herbeigeführt wird. Dieser Rückdrehvorgang kann
einige Umdrehungen der Getriebewelle betragen und nimmt eine gewisse Zeit in Anspruch.
Es ist zweckmäßig, die beendete Gangschaltung, d. h. das vollzogene Einrücken der
Kupplungen oder Schieberäder, als Steuerimpuls für weitere Schaltvorgänge zu benutzen.
Es wird daher eine Steuervorrichtung vorgeschlagen, die beispielsweise aus einem
Endschalter besteht und nach der Gangumschaltung den Rückdrehmotor außer Betrieb
setzt, erforderlichenfalls den Rückdrehmotor abkuppelt und den vor der Getriebeumschaltung
stillgesetzten Antrieb des Getriebes wieder einschaltet.
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Schließlich kann bei Verwendung eines in seiner Drehrichtung umkehrbaren
Schaltgetriebes die Freilaufkupplung in an sich bekannter Weise als eine in der
Wirkungsrichtung umschaltbare Freilaufkupplung ausgebildet und der Rückdrehmotor
in ebenfalls bekannter Weise in seiner Drehrichtung umschaltbar sein. Bei dieser
Ausgestaltung ist es möglich, in beiden Drehrichtungen die erfindungsgemäßen Vorteile
beim Aus- und Einrücken der Gänge auszunutzen.
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In den Zeichnungen ist die Erfindung in drei Ausführungen gezeigt.
Hierbei stellt dar Fig. 1 ein Schaltgetriebe mit vorgeschaltetem Strömungswandler
und einer Rückdrehvorrichtung, Fig.2 die Rückdrehvorrichtung in vergrößerter Darstellung
in einem Längsschnitt, mit Freilaufkupplung zwischen Bremse und Bremsenabstützung,
Fig. 3 eine andere Rückdrehvorrichtung in einem Längsschnitt, mit Freilaufkupplung
zwischen Bremse und Getriebewelle; und Fig. 4 eine weitere Rückdrehvorrichtung in
einem Längsschnitt, bei der der Rückdrehmotor ein zwischen Bremse und Freilaufkupplung
angeordnetes Zahnrad antreibt.
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Gemäß Fig. 1 werde über eine Welle 1 a ein Strömungswandler 1 angetrieben.
Dessen Sekundärwelle 2
treibe über ein Kegelradwendegetriebe 3,
das mittels einer Doppelklauenkupplung 4 geschaltet wird, eine Welle 5 an. Von dieser
Welle 5 werde eine Ausgangswelle 6 über zwei Stirnradpaare 7, 8 angetrieben, die
wahlweise durch eine weitere Doppelkupplung 9 mit der Welle 6 kuppelbar sind.
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Die Eingangswelle 2 des dargestellten formschlüssig schaltbaren Wende-
und Wechselgetriebes ist über das Kegelradgetriebe 3 und ein weiteres Kegelrad 10
mit einer Getriebewelle 2 a verbunden. An diese Getriebewelle 2 a ist die in Fig.
1 nicht näher dargestellte Rückdrehvorrichtung 11 angeschlossen.
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Durch eine Rückdrehbewegung an der Welle 2 a werden die antriebsseitigen
Klauenkränze der Kupplungen 4 oder 9 so lange gegenüber den abtriebseitigen Gegenklauenkränzen
gedreht, bis die Klauenkupplungen entlastet sind und ausgerückt werden können bzw.
die Stellung »Zahn-auf-Lücke« aufweisen und sich einrücken lassen.
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Bei der Rückdrehvorrichtung nach Fig. 2 ist auf einer Getriebewelle
2a ein verschiebbares Zahnrad 16 aufgekeilt, das durch einen Hebel 17 verschoben
werden kann. Wird das Zahnrad 16 nach links verschoben, so kommt es mit dem Ritze118
eines kleinen Elektromotors 19 (Rückdrehmotor) in Eingriff. Gleichzeitig legt sich
eine konische Bremsfläche 20 an einen Reibbelag 21 eines Ringes 22 an und stellt
eine Reibverbindung zwischen der Welle 2 a und dem Ring 22 her. Dieser Ring 22 ist
über eine Freilaufkupplung 23 mit einer ortsfesten Abstützung 24 verbunden, und
zwar so, daß bei der normalen Betriebsdrehrichtung der Welle 2 a und der Bremse
20 bis 22 die Freilaufkupplung einrückt und somit die Getriebewellen 2, 5, 6 zum
Stehen kommen. Bei entgegengesetzter Drehrichtung der Welle 2 a, hervorgerufen durch
den Rückdrehmotor 19, wird die Freilaufkupplung ausgerückt.
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Soll eine Gangumschaltung vorgenommen werden, so wird der Antrieb
der Welle 1a ausgeschaltet und das Zahnrad 16 nach links verschoben, wobei über
den Reibbelag 21 und die eingerückte Freilaufkupplung die Getriebewelle 2 a abgebremst
wird, sofern sie nicht bereits stillsteht. Gleichzeitig kommt das Ritzel 18 des
Rückdrehmotors 19 in Eingriff mit dem Rad 16. Der Rückdrehmotor wird nun eingeschaltet
und treibt die Getriebewelle entgegengesetzt zur Betriebsd'rehrichtung an, wobei
die Freilaufkupplung ausrückt. Der Rückdrehmotor bleibt so lange eingeschaltet,
bis der bisherige Gang ausgekuppelt und der neue Gang eingekuppelt ist. Dann wird
das Zahnrad 16 nach rechts verschoben, dadurch die Rückdrehvorrichtung 19, 18, 16
unwirksam und die Bremse 20 bis 22 gelöst. Das Getriebe kann jetzt in der neuen
Schaltstufe anlaufen.
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Nach Fig. 3 ist ein Zahnrad 30 auf einer Getriebewelle 2 a aufgekeilt.
Das Zahnrad 30 kämmt mit dem Ritzel 32 eines bekannten Verschiebeankermotors 33
nur dann, wenn dieser eingeschaltet ist. Eine Freilaufkupplung 34 ist zwischen dem
Zahnrad 30 und einem Ring 35 angeordnet. Dieser Ring hat an seinem Umfang eine Bremsfläche
36. Ein Reibbelag 37 kann durch ein an einem ortsfesten Gehäuseteil 38 abgestütztes
Band 39 an die Bremsfläche 36 gedrückt werden und den Ring 35 abbremsen.
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Die Funktion dieser Ausführung entspricht der nach Fig. 2. Die angezogene
Bandbremse bremst am Beginn des Schaltvorgangs über die eingerückte Freilaufkupplung
die Getriebewelle 2 a ab. Der eingeschaltete Rückdrehmotor 33 dreht dann über die
in Eingriff kommenden Zahnräder 30, 32 die Getriebewelle zurück, bis er nach Einrücken
des neuen Ganges abgestellt wird. Dabei werden durch die Axialverschiebung des Ankers
des Rückdrehmotors 33 die Zahnräder 30, 32 selbsttätig außer Eingriff gebracht.
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Nach Fig. 4 ist auf einer Getriebewelle 2 a eine Bremstrommel 45 befestigt,
die mittels eines aufblähbaren Schlauchs 46 mit einem Zahnrad 47 kuppelbar ist.
Dieses Kuppeln wird dann bewirkt, wenn der Schlauch mit Druckluft gefüllt wird.
Hierbei legen sich Außen- und Innenflächen des Schlauchrings unter Druck an die
entsprechenden Flächen der Bremstrommel 45 und des Zahnrads 47 an. Die Luftzufuhr
zu dem um die Bremswelle 2a drehbaren Schlauch 46 ist aus Vereinfachungsgründen
nicht dargestellt. Das Zahnrad 47 ist einerseits über eine Freilaufkupplung48
mit einer ortsfesten Abstützung 49 und anderseits über ein Ritzel 50 mit einem Rückdrehmotor
51 verbunden.
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Bei laufendem Getriebe dreht sich außer der Getriebewelle 2a nur die
Bremstrommel 45. Bei der Gangumschaltung verbindet zunächst der unter Druck gesetzte
Schlauch 46 die Bremstrommel 45 mit dem Zahnrad 47. Dabei wird die Getriebewelle
2a über die eingerückte Freilaufkupplung 48 abgebremst. Danach dreht der Rückdrehmotor
51 bei ausgerückter Freilaufkupplung die Welle 2a entgegen der Getriebedrehrichtung
so lange, bis der Schaltvorgang im Getriebe abgeschlossen ist.
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Der Rückdrehmotor benötigt bei dieser Ausführung, bei der die Rückdrehung
über die Bremskupplung 47, 46, 45 erfolgt, keine besondere Einrichtung zum Entkuppeln,
da das Zahnrad 47 nicht vom Getriebe her angetrieben wird, der Rückdrehmotor also
nicht entgegengesetzt zu seiner Rückdrehrichtung gedreht wird.